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Aus dem Institut fuumlr Klinische Radiologie
der Ludwig- Maximilians- Universitaumlt Muumlnchen
Direktor Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR
Bildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen
Lumineszenzradiographie (DLR) Vergleich einer Nadelstruktur-
Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolie
Dissertation
zum Erwerb des Doktorgrades der Medizin
an der Medizinischen Fakultaumlt der
Ludwig- Maximilians- Universitaumlt zu Muumlnchen
Vorgelegt von
Chung Un Song
aus Bad SodenTs
2012
Mit Genehmigung der Medizinischen Fakultaumlt
der Universitaumlt Muumlnchen
Berichterstatter Priv Doz Dr med Markus Koumlrner
Mitberichterstatter Priv Doz Dr med Thomas Meindl
Dekan Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR
Tag der muumlndlichen
Pruumlfung 08032012
In Dankbarkeit und Liebe meinen Eltern und meinem Bruder gewidmet
4
Ein Teil der Ergebnisse dieser Dissertation wurde bereits publiziert
Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different
doses in skeletal radiography comparison of a needle-structured and a
conventional storage phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology
2009 Jan 250(1)152-60 Epub 2008 Nov 10
5
Inhaltsverzeichnis
SEITE
1 EINLEITUNG 7
2 EINFUumlHRUNG 8
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes 8
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung 8
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlung im Koumlrper 10
22 Analoge Projektionsradiographie 11
221 Sicherheitsfilm 12
23 Digitale Radiographie 15
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR) 15
- Unstrukturierte Speicherfolien (PIP) 16
- Strukturierte Speicherfolie (NIP) 17
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen 19
- Flying-spot-Scanner 19
- Zeilenscanner 21
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD) 23
234 Bilddigitalisierung 26
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme 27
- Ortsaufloumlsung 27
- Dynamikbereich 28
- Detective Quantum Efficiency (DQE) 29
- Modulation transfer function (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion
(MUumlF) 31
236 Bildnachverarbeitung 31
3 ZIELSETZUNG 33
4 MATERIAL UND METHODEN 34
41 Praumlparate 34
42 Verwendete Radiographiesysteme 35
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner 35
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
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64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
Mit Genehmigung der Medizinischen Fakultaumlt
der Universitaumlt Muumlnchen
Berichterstatter Priv Doz Dr med Markus Koumlrner
Mitberichterstatter Priv Doz Dr med Thomas Meindl
Dekan Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR
Tag der muumlndlichen
Pruumlfung 08032012
In Dankbarkeit und Liebe meinen Eltern und meinem Bruder gewidmet
4
Ein Teil der Ergebnisse dieser Dissertation wurde bereits publiziert
Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different
doses in skeletal radiography comparison of a needle-structured and a
conventional storage phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology
2009 Jan 250(1)152-60 Epub 2008 Nov 10
5
Inhaltsverzeichnis
SEITE
1 EINLEITUNG 7
2 EINFUumlHRUNG 8
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes 8
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung 8
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlung im Koumlrper 10
22 Analoge Projektionsradiographie 11
221 Sicherheitsfilm 12
23 Digitale Radiographie 15
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR) 15
- Unstrukturierte Speicherfolien (PIP) 16
- Strukturierte Speicherfolie (NIP) 17
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen 19
- Flying-spot-Scanner 19
- Zeilenscanner 21
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD) 23
234 Bilddigitalisierung 26
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme 27
- Ortsaufloumlsung 27
- Dynamikbereich 28
- Detective Quantum Efficiency (DQE) 29
- Modulation transfer function (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion
(MUumlF) 31
236 Bildnachverarbeitung 31
3 ZIELSETZUNG 33
4 MATERIAL UND METHODEN 34
41 Praumlparate 34
42 Verwendete Radiographiesysteme 35
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner 35
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
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12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
In Dankbarkeit und Liebe meinen Eltern und meinem Bruder gewidmet
4
Ein Teil der Ergebnisse dieser Dissertation wurde bereits publiziert
Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different
doses in skeletal radiography comparison of a needle-structured and a
conventional storage phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology
2009 Jan 250(1)152-60 Epub 2008 Nov 10
5
Inhaltsverzeichnis
SEITE
1 EINLEITUNG 7
2 EINFUumlHRUNG 8
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes 8
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung 8
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlung im Koumlrper 10
22 Analoge Projektionsradiographie 11
221 Sicherheitsfilm 12
23 Digitale Radiographie 15
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR) 15
- Unstrukturierte Speicherfolien (PIP) 16
- Strukturierte Speicherfolie (NIP) 17
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen 19
- Flying-spot-Scanner 19
- Zeilenscanner 21
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD) 23
234 Bilddigitalisierung 26
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme 27
- Ortsaufloumlsung 27
- Dynamikbereich 28
- Detective Quantum Efficiency (DQE) 29
- Modulation transfer function (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion
(MUumlF) 31
236 Bildnachverarbeitung 31
3 ZIELSETZUNG 33
4 MATERIAL UND METHODEN 34
41 Praumlparate 34
42 Verwendete Radiographiesysteme 35
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner 35
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
4
Ein Teil der Ergebnisse dieser Dissertation wurde bereits publiziert
Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different
doses in skeletal radiography comparison of a needle-structured and a
conventional storage phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology
2009 Jan 250(1)152-60 Epub 2008 Nov 10
5
Inhaltsverzeichnis
SEITE
1 EINLEITUNG 7
2 EINFUumlHRUNG 8
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes 8
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung 8
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlung im Koumlrper 10
22 Analoge Projektionsradiographie 11
221 Sicherheitsfilm 12
23 Digitale Radiographie 15
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR) 15
- Unstrukturierte Speicherfolien (PIP) 16
- Strukturierte Speicherfolie (NIP) 17
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen 19
- Flying-spot-Scanner 19
- Zeilenscanner 21
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD) 23
234 Bilddigitalisierung 26
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme 27
- Ortsaufloumlsung 27
- Dynamikbereich 28
- Detective Quantum Efficiency (DQE) 29
- Modulation transfer function (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion
(MUumlF) 31
236 Bildnachverarbeitung 31
3 ZIELSETZUNG 33
4 MATERIAL UND METHODEN 34
41 Praumlparate 34
42 Verwendete Radiographiesysteme 35
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner 35
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
5
Inhaltsverzeichnis
SEITE
1 EINLEITUNG 7
2 EINFUumlHRUNG 8
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes 8
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung 8
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlung im Koumlrper 10
22 Analoge Projektionsradiographie 11
221 Sicherheitsfilm 12
23 Digitale Radiographie 15
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR) 15
- Unstrukturierte Speicherfolien (PIP) 16
- Strukturierte Speicherfolie (NIP) 17
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen 19
- Flying-spot-Scanner 19
- Zeilenscanner 21
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD) 23
234 Bilddigitalisierung 26
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme 27
- Ortsaufloumlsung 27
- Dynamikbereich 28
- Detective Quantum Efficiency (DQE) 29
- Modulation transfer function (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion
(MUumlF) 31
236 Bildnachverarbeitung 31
3 ZIELSETZUNG 33
4 MATERIAL UND METHODEN 34
41 Praumlparate 34
42 Verwendete Radiographiesysteme 35
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner 35
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
6
422 Flachbettdetektor 35
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner 35
424 Roumlntgengeneratoren 36
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung 37
426 Bildbetrachtung 40
427 Bewertungskriterien 41
428 Evaluation der Auswertung und Statistik 43
5 ERGEBNISSE 44
51 Bildauswertung 44
52 Gesamtbildqualitaumlt 49
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt 51
6 DISKUSSION 52
- Schlussfolgerung 60
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS 61
8 LITERATURVERZEICHNIS 62
9 DANKSAGUNG 68
10 LEBENSLAUF 69
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
7
1 EINLEITUNG
Die technischen Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten fuumlhrten zu einer kontinuierlichen
Erhoumlhung der zivilisatorischen Strahlenexposition Den groumlszligten Anteil an der zivilisatorischen
Strahlenexposition besitzen medizinische Anwendungen wie die Verwendung radioaktiver
Stoffe und ionisierender Strahlen So betraumlgt die effektive Strahlendosis einer Roumlntgen-Thorax
Untersuchung ca 01 mSv die einer Mammographie ca 05 mSv die einer
Computertomographie (CT) des Thorax ca 5-8 mSv und die einer CT des Abdomens ca 8-10
mSv Die durch medizinische Anwendungen verursachte mittlere effektive Dosis pro
Einwohner in Deutschland betrug fuumlr das Jahr 2008 ca 19 mSv waumlhrend sie im Jahr 1996
noch ca 16 mSv betrug Demgegenuumlber steht die durch natuumlrliche Strahlenquellen verursachte
mittlere Dosis fuumlr jeden einzelnen Menschen in Deutschland von 21 mSv pro Jahr (1) Neben
einer ausreichenden Bildqualitaumlt zur Darstellung der medizinisch wichtigen und erforderlichen
Bildinformationen genieszligt die Sicherheit des Patienten und des Personals in der medizinischen
bildgebenden Diagnostik Vorrang Das bedeutet dass alle Institutionen welche Patienten mit
Strahlen exponieren gewissen Standardkriterien unterstellt sind Aus diesem Grund wurden
erstmalig im Jahre 1958 Richtlinien zur Festlegung von Grundeinstellungen in der Radiologie
erlassen wie zB die technischen Mindestanforderungen an die Roumlntgeneinrichtung
(Generatortyp Brennflecknennwert Grenzwerte der Schaltzeit der Dosis bzw Dosisleistung
und der Aufloumlsung) (23) Diese Richtlinien wurden im Laufe der Jahre sowohl durch das
Bundesamt fuumlr Gesundheit (BAG) die Bundesaumlrztekammer und das Europaumlische Parlament
optimiert und europaweit standardisiert
Ziel ist es nach sect23 Abs 1 Satz 2 der Roumlntgenverordnung bei jeder Untersuchung mit
Strahlung abzuwaumlgen ob die Bildgebung und der eventuell daraus resultierende
gesundheitliche Nutzen die von der Strahlenexpositition moumlglicherweise verursachte
Schaumldigung fuumlr den Patienten rechtfertigt Aus diesem Grund ist auch nach sect2a der
Roumlntgenverordnung fuumlr die Durchfuumlhrung jeder Roumlntgenuntersuchung eine bdquospezifische
medizinische Indikationldquo erforderlich Des Weiteren ist es das Ziel des BAG die
Strahlenexposition bei ausreichender diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden untersuchenden
Patienten so gering wie nur moumlglich zu halten (im Englischen als das sog bdquoas low as
reasonably achievableldquo ALARA Prinzip bekannt) (45)
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
8
2 EINFUumlHRUNG
Dieses Kapitel gibt einen kurzen Uumlberblick uumlber die physikalischen Grundlagen der
Roumlntgentechnik uumlber die analoge Projektionsradiographie uumlber die verschiedenen digitalen
Radiographiesysteme und uumlber die digitale Bildentstehung und ndashnachverarbeitung
21 Allgemeine Grundlagen der Erzeugung eines Roumlntgenbildes
In diesem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen uumlber den Aufbau einer Roumlntgenroumlhre
und die Erzeugung und Schwaumlchung von Roumlntgenstrahlen dargestellt
211 Erzeugung von Roumlntgenstrahlung
Zur Erzeugung von Roumlntgenstrahlen werden Roumlntgenanlagen eingesetzt die aus folgenden
Komponenten bestehen (Abb21)
einer Roumlntgenroumlhre welche die elektrisch erzeugte kinetische Energie von Elektronen in
Roumlntgenstrahlung und in Waumlrme umwandelt
einem Generator der zur Erzeugung der Heizspannung fuumlr die Kathode und zur
Erzeugung der Hochspannung fuumlr den Roumlhrenstromkreis dient
einem Schutzgehaumluse das zum Schutz vor ungerichteter Roumlntgenstrahlung sowie zum
Schutz der Roumlhre und zum Anbringen unterschiedlichen Zubehoumlrs wie zB des
Tiefenblendensystems dient
einem Stativ
einer Patientenlagerungseinrichtung (Bucky-Tisch Rasterwandgeraumlt) und
einem Schaltgeraumlt (67)
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
9
Abb21 Aufbau einer Roumlntgenroumlhre aus Lehmann et al (8)
In der Roumlntgenroumlhre wird ein hitzebestaumlndiger spiralfoumlrmig gewickelter Metalldraht zB aus
Wolfram (Gluumlhkathode) uumlber die Heizspannung erhitzt wodurch Elektronen freigesetzt
werden Diese negativ geladenen Teilchen werden durch die angelegte Hochspannung in
Richtung Anode beschleunigt Die Anode ist ein abgeschraumlgter Metallzylinder aus Metall zB
Kupfer und Wolfram Innerhalb der Glasroumlhre befindet sich ein Vakuum damit die
energiereichen Elektronen nicht mit Luftbestandteilen zusammenstoszligen koumlnnen Am Metall der
Anode werden die freien Kathodenelektronen abgebremst und treten in Wechselwirkung mit
den Atomen und Huumlllelektronen der Anode Der Ort an dem die Kathodenelektronen auf die
Anode treffen wird als Brennfleck oder Fokus definiert Durch den Aufprall des freien
Elektrons wird dem Huumlllelektron Energie uumlbertragen so dass es von einer kernnahen auf eine
kernferne Schale gehoben (Anregung) oder aus dem Atomverband herausgeschleudert wird
(Ionisation) Der freiwerdende Platz wird durch Elektronen der aumluszligeren Schalen mit einem
houmlheren Energiepotential unter Abgabe von Energie besetzt Die an der Anode entstandene
Energie wird zu 99 als Waumlrmeenergie und nur zu 1 als Roumlntgenbremsstrahlen abgegeben
Die Roumlntgenbremsstrahlen bestehen aus einem Spektrum von energiereicheren kurzwelligeren
und energieaumlrmeren langwelligeren Roumlntgenstrahlen Mit der Erhoumlhung der Roumlhrenspannung
werden die Kathodenelektronen in der Roumlntgenroumlhre beschleunigt und die emittierte
kurzwellige Roumlntgenstrahlung aufgehaumlrtet dh die Durchdringungskraft der Strahlung wird
vergroumlszligert Die Intensitaumlt der Roumlntgenbremsstrahlung wird vor allem vom Heizstrom an der
Kathode beeinflusst Je houmlher die Roumlhrenstromstaumlrke desto mehr Elektronen verlassen die
Gluumlhkathode pro Sekunde (67910)
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
10
212 Schwaumlchung der Roumlntgenstrahlen im Koumlrper
Physikalische Grundlage fuumlr die Roumlntgendiagnostik ist die Abschwaumlchung der
Photonenstrahlung im menschlichen Koumlrper Bei der Schwaumlchung koumlnnen die Strahlen
komplett absorbiert werden (Photoeffekt) nur einen Teil ihrer Energie uumlbertragen und als
energieaumlrmere Streustrahlung den Koumlrper verlassen (Compton-Effekt) oder ohne Schwaumlchung
oder Ablenkung durch den Koumlrper hindurch treten (scharfes Abbild) (791112)
Je weicher dh energieaumlrmer die Photonenstrahlung und je houmlher die Dichte Dicke und
Ordnungszahl der durchstrahlten Materie ist desto wahrscheinlicher ist das Auftreten des
Photoeffekts Beispielsweise werden die weichen Roumlntgenstrahlen vom Knochengewebe
(Dichte von 20-25 gcmsup3) staumlrker absorbiert als von den Weichteilen (Dichte 10 gcmsup3) Die
Roumlntgendichte steigt fuumlr die verschiedenen Gewebe wie folgt an Luft mit einer minimalen
Absorption Fettgewebe Bindegewebe der Organe und Knochen Dies fuumlhrt zu einer houmlheren
Kontrastierung zwischen Knochen und Weichteilen als durch energiereiche Strahlung moumlglich
waumlre (8) Da weiche Strahlen vom Gewebe fast vollstaumlndig absorbiert werden sind sie fuumlr den
Menschen schaumldlicher als harte Durch den Einsatz von Filtern kann eine Aufhaumlrtung der
Strahlung erreicht werden (912)
Der Compton-Effekt ist dagegen weitgehend unabhaumlngig von der Ordnungszahl der Atome des
durchstrahlten Objektes Vielmehr wird der Anteil der Streustrahlung vom durchstrahlten
Koumlrpervolumen und der bestrahlten Feldgroumlszlige bestimmt In der Roumlntgendiagnostik verursachen
die gestreuten Photonen die neben der Primaumlrstrahlung auf die Photoplatte auftreten einen
kontrastmindernden Schleier auf dem Roumlntgenfilm Ferner koumlnnen die gestreuten Photonen von
der urspruumlnglichen Strahlrichtung stark abweichen und wieder aus dem durchstrahlten Objekt
hervortreten und zu einer Strahlenbelastung fuumlr sich in der Naumlhe befindende Personen werden
Durch die Einblendung des Nutzstrahlenbuumlndels auf die unbedingt benoumltigte Feldgroumlszlige kann
das fuumlr die Streustrahlung verantwortliche Koumlrpervolumen verringert werden (679-11)
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
11
22 Analoge Projektionsradiographie
Bei der Projektionsradiographie handelt es sich um Zentralprojektionen dh die
Roumlntgenstrahlen breiten sich vom Brennfleck geradlinig aus und divergieren hierbei
Theoretisch resultiert durch einen moumlglichst kleinen Brennfleck (06 x 06 mm) eine houmlhere
Abbildungsqualitaumlt es ist weniger belastend fuumlr den Patienten und vor allem fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen geeignet Der Brennfleck muss andererseits moumlglichst groszlig (1 x 1 mm)
sein da es sonst schnell zu einer lokalen Uumlberhitzung der Anode kommt Ein groszliger Brennfleck
fuumlhrt jedoch zu einer schlechteren Abbildungsqualitaumlt und ist vor allem fuumlr Aufnahmen mit
groszliger Dicke geeignet Hierfuumlr sind houmlhere Dosisleistungen bei kurzer Belichtung notwendig
(71213)
Diesem idealen punktfoumlrmigen Fokuspunkt entspricht in der Praxis ein realer flaumlchenhafter
Fokus Die meisten Roumlhren verfuumlgen uumlber einen kleinen und groszligen Fokus (Doppelfokus-
Roumlntgenroumlhre) Der entsprechende Fokus wird vom Bedienpult der Roumlntgenanlage angewaumlhlt
und in der Roumlntgenroumlhre geschaltet
Somit ergeben sich abhaumlngig von der Abbildungsschaumlrfe folgende Gesetzmaumlszligigkeiten
je groumlszliger der Fokus desto groumlszliger die geometrische Unschaumlrfe
fokusnahe Objekte werden divergenzbedingt staumlrker vergroumlszligert als fokusferne
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto groumlszliger wird die fokusbedingte
geometrische Unschaumlrfe
je weiter Objekt- und Filmebene entfernt sind desto staumlrker wird das entstehende Bild
vergroumlszligert
je weiter Objekt- und Filmebene vom Fokus entfernt sind desto geringer wird die durch
den Einfluss der Divergenz entstehende Vergroumlszligerung des Objekts
Das heiszligt dass in Abhaumlngigkeit von der Groumlszlige des Brennflecks und der Groumlszlige des Fokus-
Objekt-Abstandes Roumlntgenaufnahmen mit einer vergroumlszligerten Abbildung des untersuchten
Objektes entstehen Auszligerdem entsteht hierbei Unschaumlrfe Um diese unerwuumlnschte Effekte
moumlglichst gering zu halten sollten folgende Parameter beachtet werden
Die Brennfleckgroumlszlige sollte moumlglichst klein sein
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
12
Der Fokus-Objekt-Abstand sollte moumlglichst groszlig sein (Verringerung der Divergenz des
Strahlenbuumlndels)
Der Objekt-Film-Abstand sollte moumlglichst klein sein
Daher wird der Patient gewoumlhnlich mit der abzubildenden Seite moumlglichst nahe vor der
Roumlntgenfilmkassette positioniert waumlhrend die Entfernung der Roumlntgenroumlhre zum Film je nach
Aufnahme in der Regel 1-2 m betraumlgt Entsprechend ihrem Abstand zum Film bzw
Bildempfaumlnger werden die Aufnahmeobjekte vergroumlszligert abgebildet Aufgrund der
unterschiedlichen Strahlenabsorption der untersuchten Koumlrperpartien entsteht auf dem
Roumlntgenfilm ein die Schwaumlchungsunterschiede widerspiegelndes Strahlenbild (713)
221 Sicherheitsfilm
Der uumlblicherweise verwendete Sicherheitsfilm (Abb22) besitzt eine lichtempfindliche
Emulsionsschicht aus Gelatine mit eingelagerten Silberbromidkristallen (98 Silberbromid und
2 Silberjodid) die gleichmaumlszligig verteilt sind Nach der Belichtung muss das latent auf dem
Film vorhandene Bild sichtbar gemacht -also entwickelt- werden Dazu werden die belichteten
Silberbromidkristalle durch reduzierende Substanzen (zB Hydrochinon) in metallisches Silber
uumlberfuumlhrt und rufen eine Filmschwaumlrzung hervor Dagegen werden die infolge der Absorption
der Roumlntgenstrahlen nicht belichteten Silberbromidkristalle im Fixierbad durch Fixiermittel
(zB Natriumthiosulfat) aus der Emulsionsschicht herausgeloumlst so dass diese Partien auf dem
Roumlntgenbild hell erscheinen Mit der doppelseitigen Beschichtung der Roumlntgenfilme wird die
Empfindlichkeit der Filme auf das Doppelte gesteigert (1214) Eine weitere Erhoumlhung der
Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten werden
durch die Verwendung von Verstaumlrkerfolien erreicht Die heutzutage verwendeten
fluoreszierenden Folien basieren auf Elementen der sogenannten seltenen Erden zB
Gadolinium und werden als Kombination aus einer Vorder- und Ruumlckfolie eingesetzt
Zwischen diesen befindet sich in jeweils engem Kontakt der Roumlntgenfilm Auf der
Einstrahlseite liegt die zumeist duumlnnere Vorderfolie und auf der anderen Seite die Hinterfolie
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
13
Abb22 Aufbau einer Filmkassette Man verwendet doppelseitig mit lichtempfindlicher
Emulsion beschichtete Filme mit Vorder- und Hinterfolie um die Verstaumlrkungswirkung
zu verbessern In der Kassette befindet sich eine Schaumgummieinlage um ein planes
Anliegen der Filme und der Folien zu gewaumlhrleisten aus Laubenberger et al (12)
Der Nachteil dieser Verstaumlrkungsfolien ist eine Zunahme der Unschaumlrfe Die Folien liegen dem
Film zwar eng an es existiert aber eine gewisse Distanz zwischen Lichtentstehung an der Folie
und Lichtregistrierung auf dem Film Dadurch treten wiederum Streuung und Unschaumlrfe auf
Daneben ist eine Verstaumlrkung des Roumlntgensignals auch immer mit einer Zunahme der
Koumlrnigkeit des Signals verbunden folglich sinkt die Aufloumlsung (679111415) Um den
verschiedenen klinischen Fragestellungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Aufloumlsung
und Schaumlrfe Rechnung zu tragen hat man Folien mit verschiedenen Verstaumlrkungswirkungen
entwickelt Sie sind zur besseren Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern in
Verstaumlrkungsklassen eingeteilt wobei eine houmlhere Zahl houmlhere Verstaumlrkungswirkung anzeigt
(Tab 21) Entsprechend der Zahlenwerte unterscheiden sich die Verstaumlrkungsklassen etwa
jeweils um das Doppelte Gebraumluchlich sind heute Folien der Klassen 50 100 200 400 und
800 Daneben werden noch so genannte Plus-Minus- oder Verlaufsfolien verwendet die zB
von einem Ende der Kassette zum anderen eine zunehmende Verstaumlrkungswirkung aufweisen
Sie dienen zur Aufnahme von Koumlrperregionen mit groszligen Strahlendurchlaumlssigkeitsspruumlngen
zB LWS seitlich (mit Abbildung von lufthaltigem Thorax oben und weichteilhaltigem
Abdomen unten) (1216)
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
14
Empfindlichkeit S Dosisbedarf in microGy Bezeichnung
100 1000 Feinzeichnend
200 500 Universalfolie
normalverstaumlrkend
400 250 Hochverstaumlrkend
800 125 Houmlchstverstaumlrkend
Tabelle 21 Die Belichtung des Roumlntgenfilmes erfolgt uumlberwiegend durch die
Verstaumlrkerfolien so dass diese in verschiedenen Empfindlichkeitsklassen (S-Klassen)
unterteilt werden gemaumlszlig BAG im Jahre 2001 (4)
Die Wahl des geeigneten Film-Folien-Systems ist fuumlr die erforderliche diagnostische
Information und die Groumlszlige der Strahlenexposition von entscheidender Bedeutung (Tab22)
Ziel ist es zum Schutze des Patienten hochempfindliche dosissparende Film-Folien-Systeme
mit Erreichung der geforderten diagnostischen Bildqualitaumlt bzw moumlglichst kleiner
Strahlenexposition des Patienten bei ausreichender Bildqualitaumlt einzusetzen Das Bundesamt fuumlr
Gesundheit stuumltzt sich dabei auf die European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic
Radiographic Images und auf die Leitlinien der deutschen Aumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung
in der Roumlntgendiagnostik (45)
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
15
Organ Empfindlichkeitsklasse von
Erwachsenen Kinder
Thorax 400 400-800
Skelett
Huumlftgelenk Oberschenkel
Schulter Oberarm Rippen Sternum
Kniegelenk Unterschenkel
Ellenbogen Unterarm Sprunggelenk
Fuszligwurzel
Hand Handgelenk Handwurzel
Finger Vorfuszlig Zehen
400
400
200
200
400-800
400-800
400
400
Schaumldel 200-400 400-800
Wirbelsaumlule
Halswirbelsaumlule
Brustwirbelsaumlule
Lendenwirbelsaumlule
200-400
400
400-800
400
400-800
400-800
Becken Sacrum 400 400-800
Gallenblase Gallenwege 400 -
Magen Duodenum 400 400-800
Duumlnndarm 400 -
Kolon 400 400-800
Harntrakt 400 400-800
Abdomen 400 400-800
Tabelle 22 Zusammenstellung der empfohlenen Werte fuumlr die Empfindlichkeitsklassen
bei radiologischen Untersuchungen von Erwachsenen und von Kindern gemaumlszlig BAG im
Jahre 2001 (4)
23 Digitale Radiographie
Die digitale Aufnahmekette besteht aus drei unabhaumlngigen Teilschritten
Bilddetektion
Bildverarbeitung
Bilddarstellung
231 Digitale Radiographie mit Speicherfolien (DLR)
Waumlhrend bei Flachbettdetektoren die Bildgenerierung und der Ausleseprozess gleichzeitig
erfolgen sind diese beiden Schritte bei der Verwendung von Speicherfolien zeitlich getrennt
(Auslesen der Speicherfolie mittels Scanner in einem zweiten Schritt) Die folgende Abbildung
23 gibt eine Uumlbersicht uumlber momentan kommerziell verfuumlgbare digitale Radiographiesysteme
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
16
Im Folgenden werden nur die fuumlr diese Arbeit relevanten Detektoren naumlher beschrieben eine
Uumlbersicht uumlber die restlichen Detektoren gibt der Artikel von Koumlrner et al (16)
Abb23 Uumlberblick uumlber die verschiedenen digitalen Radiographiesysteme aus Koumlrner
et al (16)
Unstrukturierte Speicherfolien (PIP)
Hierbei wird anstelle einer Film-Folienkombination eine Leuchtstoff- oder Speicherfolie in
einer Filmkassette verwendet DLR-Systeme bestehen aus 2 Hauptkomponenten
Die Speicherleuchtstofffolie (Speicherfolie oder bdquoimage plateldquo (IP)) die aus speziellen
fluoreszierenden Kristallen aufgebaut ist und als Roumlntgendetektor dient auf dem die
absorbierte Roumlntgenenergie in den Kristallen temporaumlr gespeichert wird
Die Ausleseeinheit (Scanner) welche die in der Folie gespeicherte Energie bdquoausliestldquo
und in bildrelevante Informationen umwandelt
Bei den DLR-Systemen sind am haumlufigsten BaFBr1-xIxEu2+
- und RbBrTI+-
Speicherleuchtstofffolien in Gebrauch Bei einem Querschnitt durch eine konventionelle
Speicherleuchtstofffolie (IP) wuumlrde eine Leuchtstoffschicht bestehend aus 3-10microm groszligen in
einem Bindemittel ungeordnet verteilten Leuchtstoffkoumlrnchen sichtbar werden (Abb24) Dazu
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
17
kommen noch herstellerspezifische Schichten die zur Optimierung der optischen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften gedacht sind DLR-Bildplatten die solch einen
koumlrnige Struktur besitzen werden auch als Pulver-IP (PIP) bezeichnet (17)
Abb24 Querschnitt durch eine konventionelle Speicherleuchtstofffolie (IP) Die aktive
Leuchtstoffschicht bestehend aus kleinen in einem Bindemittel ungeordnet verteilten
Leuchtstoffkoumlrnchen wird auf eine Traumlgerfolie aufgetragen aus Fasbender et al (17)
Die Roumlntgenabsorption haumlngt zum einen von der chemischen Zusammensetzung und von dem
Fuumlllgrad der Leuchtstoffkoumlrnchen ab und zum anderen vor allem von der Dicke der
Leuchtstoffschicht Aufgrund der koumlrnigen Struktur der PIPs bewegen sich die Lichtanteile
nicht geradlinig durch die aktive Schicht sondern sie werden abgelenkt dh gestreut Das
bedeutet dass das zur Stimulation benoumltigte eng fokussierte Laserlicht auf seinem Weg durch
die Folie aufgeweitet wird und sich die oumlrtliche Praumlzision minimiert Die Folge bei
zunehmender Dicke der Leuchtstofffolie ist dass die Streuung und somit die Unschaumlrfe
zunehmen und dass das Stimulationslicht immer schlechter in die hinteren Bereiche der
Speicherfolie vordringen kann Diese Nachteile bewirken ein Maximum an moumlglicher
Roumlntgenabsorption von 20-30 (17-20)
Strukturierte Speicherfolie (NIP)
In den letzten Jahren kam es schrittweise zu einer Optimierung der Technologie von
Speicherleuchtstofffolien Ziel war es die Speicher- und somit auch die Leistungsfaumlhigkeit der
Leuchtstoffe zu verbessern Ansatzpunkt war zum einen eine Veraumlnderung der chemischen
Zusammensetzung oder alternativ dazu eine Veraumlnderung der elektronenmikroskopischen
Struktur der zum Einsatz kommenden Phosphorkristalle
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
18
Die BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolien heben sich durch die Eigenschaften ihrer Kristalle hervor
welche eine sehr hohe Speicherkapazitaumlt und eine gute Roumlntgenabsorption besitzen Der
Nachteil ist jedoch dass sich diese Kristalle nicht in eine geordnete Struktur bringen lassen da
die Kristalle sehr leicht zum Zerfall neigen RbBrTI+-Folien besitzen im Gegensatz zu BaFBr1-
xIxEu2+
eine niedrigere Roumlntgenabsorption dafuumlr aber eine vereinfachte chemische und eine
stabilere Zusammensetzung die muumlhelos eine Umwandlung in eine geordnete Nadelstruktur
ermoumlglicht Aus diesem Grund wurden andere Detektormaterialien erprobt und schlieszliglich
entwickelt welche die Vorteile der beiden oben genannten Verbindungen vereinen
Nadelfoumlrmig angeordnete auf CsBrA basierende Speicherfolien (Needle Image Plate NIP)
besitzen mehrere Vorteile Aufgrund der Optimierung der chemisch- und physikalischen
Eigenschaften der Leuchtstoffe wird kein Bindemittel mehr in der aktiven Schicht benoumltigt
Dadurch wird der Fuumlllgrad der Kristalle in der Speicherplatte erhoumlht Somit kann die
Schichtdicke der Speicherfolien ohne Verlust der Bildqualitaumlt deutlich erhoumlht werden Dies hat
eine Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres
Auslesen aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (91417)
Die DQE einer auf CsBrA basierenden Speicherfolie ist ungefaumlhr 15-mal houmlher als die DQE
einer BaFBr1-xIxEu2+
-Speicherfolie Das bedeutet dass strukturierte Platten nochmals einer
eine houmlhere Roumlntgenabsorption bei gleicher Schichtdicke aufweisen als unstrukturierte Platten
Zum anderen sorgt die nadelfoumlrmige Struktur dafuumlr dass
die Lichtausbreitung in lateraler Richtung minimiert wird
die emittierten Lichtanteile auf dem kuumlrzesten Weg zum Photodetektor geleitet werden
und
das zur Stimulation benoumltigte Laserlicht gebuumlndelt wird und bis tief in die hintersten
Bereiche der aktiven Schicht gelangt
Die benoumltigte Stimulationsenergie betraumlgt 5microJmmsup2 fuumlr CsBrA-Folien gegenuumlber 15microJmmsup2 fuumlr
BaFBr1-xIxEu2+
-Folien Diese niedrige Stimulationsenergie erlaubt eine genauere laumlngere und
tiefere Auslesung So koumlnnen die gebildeten Speicherzentren uumlber die gesamte Schichtdicke ob
mehr oberflaumlchlich oder mehr in der Tiefe liegend gleich praumlzise und intensiv ausgelesen
werden Durch die reduzierte Lichtstreuung wird die Unschaumlrfe vermindert (1719 20-22)
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
19
232 Ausleseverfahren bei DLR-Systemen
In diesem Kapitel werden der bisher im taumlglichen klinischen Alltag zum Einsatz kommende
Flying-spot-Scanner und der neu entwickelte Zeilenscanner der statt sequenziell nun (Zeilen-)
parallel ausliest vorgestellt
Flying-spot-Scanner
Nach der Belichtung der Speicherfolie erfolgt der Ausleseprozess Dabei fungiert die
Speicherfolie nur als Roumlntgendetektor fuumlr den Auslesevorgang wird ein zusaumltzlicher Scanner
benoumltigt Bei den herkoumlmmlichen unstrukturierten Speicherfolien wird ein sog Flying-Spot-
Scanner verwendet (Abb26)
Abb26 Aufbau eines Flying-Spot-Scanner der zur Stimulierung benutzte Laserstrahl
von konstanter Intensitaumlt wird von einem lenkbarem Spiegel uumlber eine Bildzeile der IP
bewegt waumlhrend die IP in senkrechter Richtung transportiert wird Das emittierte Licht
wird gesammelt von einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt
aus Fasbender et al (17)
Dieser Flying-spot-Scanner setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen die schrittweise
dazu beitragen das durch Roumlntgenbelichtung in der Folie gespeicherte Bild auszulesen und in
ein digitales Bild umzuwandeln
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
20
Den Anfang des Ausleseprozesses nimmt ein fokussierter Laserstrahl mit einem dahinter
geschalteten Leistungsregler ein dessen Aufgabe es ist die Intensitaumlt des Laserstrahles
konstant zu halten Vom Leistungsregler aus wird der zu Stimulierung benutzte Laserstrahl
zunaumlchst auf einen oder mehrere bewegliche Spiegel gerichtet Durch diesen Spiegel wird der
Laserstrahl so gebrochen dass er in fast senkrechter Richtung auf die Folie auftrifft und uumlber
die Folie hin und her gefuumlhrt wird Dabei wird die Leuchtstoffschicht der Folie Punkt fuumlr Punkt
stimuliert und dazu angeregt einen Teil ihrer bereits durch Roumlntgenbelichtung gespeicherten
Energie in Form von blauem Licht zu emittieren Man spricht hierbei von der photostimulierten
Lumineszenz
Das emittierte Licht wird nun mit einer Lichtsammeloptik gesammelt und durch ein Laserlicht
blockierendes optisches Filter weiter an einen Photodetektor geleitet Auf diese Art und Weise
soll eine Interferenz des Lasers mit dem emittierten Licht umgangen werden Das nun dem
Photodetektor zugefuumlhrte Licht wird ortsgetreu erfasst Mit Hilfe eines Photomultipliers wird
der Elektronenfluss verstaumlrkt und gemessen Je nach Intensitaumlt des emittierten Lichtes entstehen
unterschiedlich starke Signale die sich zusammen mit der Koordination des Laserlichtpunktes
auf der Folie zu einem analogen latenten Bild zusammensetzen Schlieszliglich entsteht das
endguumlltige Bild nach Digitalisierung der Signale mit Hilfe eines Analog- Digital- Wandler Das
entstandene Bild selber muss danach noch im System nachverarbeitet werden und kann dann
entweder ausgedruckt oder am Monitor betrachtet werden Zusaumltzlich kann das Bild
elektronisch dauerhaft gespeichert werden Nach erfolgtem Ausleseprozess wird die Folie
regeneriert die noch in der strahlungsempfindlichen Schicht gespeicherte nicht ausgelesene
Energie wird mit Hilfe von weiszligem Licht freigesetzt und so vollstaumlndig geloumlscht Dadurch ist
die Speicherfolie wieder fuumlr die naumlchste Belichtung bereit Die Dauer des Scanvorganges mit
einem Flying-Spot-Scanner betraumlgt ca 45 Sekunden (1720)
Die Intensitaumlt des emittierten Lichts dh wie viel der gespeicherten Roumlntgeninformation in den
Folien ausgelesen werden kann haumlngt dabei von verschiedenen Faktoren ab erstens von der
chemischen und physikalischen Zusammensetzung der Speicherfolie und zweitens von der
zugefuumlhrten Stimulationsenergie Diese verhaumllt sich proportional zur Laserintensitaumlt und zur
jeweiligen oumlrtlichen Verweildauer des Lasers was bedeutet dass eine laumlngere Verweildauer des
Lasers auf einem Punkt in einem houmlheren Signal resultiert
Die Weiterentwicklung der DLR-Technologie bestand in erster Linie in der Minimierung der
Baugroumlszlige Da nun aber der Flying-Spot-Scanner aus zahlreichen Einzelkomponenten aufgebaut
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
21
ist besteht fuumlr die Herstellung eines Scanners immer eine gewisse Mindestgroumlszlige die nicht
unterschritten werden kann
Neben der Groumlszlige gab jedoch vor allem die so genannte Nachleuchtzeit der Speicherfolie Anlass
fuumlr die Entwicklung eines neuen Scansystems Die Speicherkristalle emittieren nach der
erfolgten Laserstimulation noch fuumlr eine kurze vom jeweiligen Material abhaumlngige Zeit weiter
Licht Dies hat zur Folge dass sich somit zu dem fuumlr die Bildinformation noumltigen emittierten
Licht noch das Licht aus der Nachleuchtzeit addiert Dieses Licht enthaumllt jedoch keine
zusaumltzlichen Bildinformationen stellt einen Stoumlrfaktor dar und fuumlhrt folglich zu einem
Schaumlrfeverlust Um diesen zu eliminieren ist entweder eine laumlngere Verweildauer des
Laserstrahls auf einem Punkt noumltig oder eine Erniedrigung der Lasergeschwindigkeit Denn
eine kuumlrzere Verweildauer bedeutet dass auch weniger Signal gesammelt werden kann Dies
kann durch eine houmlhere Laserintensitaumlt ausgeglichen werden hat jedoch einen Verlust der
Bildschaumlrfe zur Folge (16172324)
Zeilenscanner
Der Zeilenscanner (Abb27) ist aumlhnlich dem Flying-Spot-Scanner aufgebaut nur mit der
Ausnahme dass er keinen Spiegel mehr benoumltigt Dadurch konnte die Baugroumlszlige entscheidend
minimiert werden
Abb27 Zeilenscanner Alle Komponenten (bis auf den nicht mehr notwendigen
Spiegel) sind jetzt in einem kompakten Scankopf integriert aus Fasbender et al (17)
Die jeweiligen Einzelkomponenten sind in einem so genannten Scankopf (scanhead) integriert
worden Der jedoch wichtigste Unterschied zwischen dem Flying-Spot- und dem Zeilenscanner
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
22
ist die Art und Weise des Abtastverfahrens Der Laserstrahl stimuliert die Leuchtstoffschicht
der Folie nicht mehr punktweise sondern eine ganze Zeile von Bildpunkten wird simultan
stimuliert Das hat den Vorteil dass der Laser nun laumlnger auf ein und demselben Punkt verweilt
und so mehr Information aus der Folie ausgelesen werden kann Des Weiteren wird der IP-
Nachleuchteffekt beim Zeilenscanner deutlich vermindert weil die Verweildauer des Lasers an
jedem einzelnen Punkt proportional jetzt um mehrere Groumlszligenordnungen laumlnger ist als die
Nachleuchtzeit des Leuchtstoffes
Genauso wie beim Flying-Spot-Scanner benoumltigt auch der Zeilenscanner eine Lichtquelle
(Abb28) Diese besteht aus vielen kleinen Laserdioden mit einer Optik die eine gleichmaumlszligige
feine Linie auf der Speicherleuchtstofffolie produzieren (172123)
Abb28 Querschnitt durch einen Zeilenscanner Die Lichtquelle (Laserdioden) ist auf
der linken Seite und die Komponenten zur Lichtsammlung Detektion und Umwandlung
zu einem elektronischen Signal sind auf der rechten Seite aus Fasbender et al (17)
Das anschlieszligend emittierte blaue Licht von der Folie wird von einer dicht an der Oberflaumlche
lokalisierten Lichtsammeloptik erfasst und durch ein optisches Filter zu einer breiten Reihe von
Photodetektoren weitergeleitet Hier wird das blaue Licht in ein elektronisches Signal
umgewandelt welches anschlieszligend gemessen und quantisiert wird um schlieszliglich mit Hilfe
eines AD-Wandlers in ein digitales Bild umgewandelt zu werden Im Vergleich zum Flying-
Spot-Scanner betraumlgt die Dauer des Scanvorganges mit dem Zeilenscanner nur noch ca 10
Sekunden (1720)
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
23
233 Digitale Radiographie mit Flachbettdetektor (FD)
Flachbettdetektoren haben sich in den letzten Jahren etabliert und ersetzen im klinischen Alltag
zunehmend die Film-Folien- und die Speicherfoliensysteme Flachdetektoren stellen ein
digitales Radiographiesystem dar in dem die Speicher- und Ausleseeinheit integriert sind so
dass sie auch als Direktradiographie (DR) bezeichnet werden
Dabei handelt es sich bei dem in dieser Arbeit verwendetem FD um groszligflaumlchige
Halbleitermatrixelemente von flaumlchig angeordneten Kondensatoren und
Duumlnnschichttransistoren (sog TFT-Array = thin film transistor) aus amorphem Silizium mit
einer hohen Empfindlichkeit fuumlr Roumlntgenstrahlung (1624-26)
Es werden 2 verschiedene Typen an Flachdetektoren unterschieden
1 Systeme mit direkter Konversion und
2 Systeme mit indirekter Konversion
Bei einem Flachdetektor mit direkter Konversion werden die einfallenden Roumlntgenstrahlen
ohne Umwege das heiszligt direkt mit Hilfe eines Photoleiters in elektrische Ladung umgewandelt
und anschlieszligend mit einem TFT Array ausgelesen (24)
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
24
Am weitesten verbreitet sind indirekte Flachbettdetektoren so dass diese hier naumlher beleuchtet
werden (Abb29)
Abb29 Indirektes Flachdetektorsystem an einen Szintillator zur Konversion von
Roumlntgenstrahlung in Licht ist eine Photodiode zur Konversion des Lichtes in elektrische
Ladung und ein TFT- Array zur Auslesung der Ladung gekoppelt aus Ludwig et al (24)
Die indirekten Systeme beruhen auf einem zweistufigen Prozess bei dem zunaumlchst die
einfallenden Roumlntgenquanten in einer Szintillatorschicht in Licht umgewandelt werden das
anschlieszligend von einer Detektorschicht registriert und in elektrischen Strom umgewandelt
wird Als Szintillatormaterial kommen unter anderem Gadoliniumoxidsulfid (Gd2O2S) oder
haumlufiger Caumlsiumjodid (CsJ) zum Einsatz (27)
Die Szintillatorschicht ist aus einzelnen Kristallen aufgebaut die in Form von Nadeln mit
einem Durchmesser von 5-10 microm aufgebaut sind Diese nadelfoumlrmigen Kristalle sind senkrecht
zur Detektoroberflaumlche angeordnet und wirken wie ein Lichtleiter waumlhrend der Konversion der
Roumlntgenquanten Die Folge ist ein gerichteter Lichtransport von der Szintillatorschicht zur
Detektorschicht mit nur geringer Streuung Die Reduktion der Lichtstreuung ermoumlglicht die
Verwendung einer dickeren Szintillatorschicht und somit eine verbesserte
Roumlntgenquantenausnutzung Der Aufbau der Szintillatorschicht ist analog zu dem der oben
beschriebenen strukturierten Speicherfolie (NIP) (1624-262829)
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
25
Die zweite Stufe der indirekten Konversion stellen die an die Szintillatorschicht gekoppelten
lichtsensitiven Photodioden dar welche aus amorphem Silizium bestehen und das Licht in
elektrische Signale transformieren Beide Stufen sind weitgehend unabhaumlngig voneinander so
dass ein separater Eingriff auf den jeweiligen Prozess und eine eventuelle Optimierung moumlglich
sind Beim letzten Prozessschritt der indirekten Systeme kommt es wie bei den direkten
Systemen zur Speicherung und Auslesung der elektrischen Signale durch ein TFT-Array
(Abb210) mit anschlieszligender Bildnachverarbeitung um den Kontrast fuumlr die Details zu
verbessern (26)
Abb210 Schematische Darstellung des Aufbaus eines TFT- Arrays aus Ludwig et al
(24)
Die Kondensatoren uumlbernehmen die Aufgabe der Speicherung der freigesetzten Elektronen
wogegen die Duumlnnschichttransistoren als Schaltelemente fuumlr eine gezielte Auslesung der
elektrischen Ladung dienen Jeder Bildpunkt (=Pixel) ist aus einem Kondensator und einem
Duumlnnschichttransistor eines TFT-Arrays aufgebaut Jedes Pixel ist verbunden mit Schalt- und
Datenleitungen die wiederum am Rand der Detektoroberflaumlche mit einer entsprechenden
Ansteuerungs- bzw Auslese-Elektronik verbunden sind Diese Zusammenarbeit ermoumlglicht
eine praumlzise und schnelle Auslesung Zuletzt werden die elektrischen Signale quantifiziert und
einem Analog-Digital-Wandler zugefuumlhrt Der Scanvorgang mit dem FD hat eine Dauer von ca
5 Sekunden (2425)
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
26
234 Bilddigitalisierung
Alle Verfahren der digitalen Radiographie wandeln das Roumlntgenstrahlenrelief durch einen
Detektor in ein elektrisches Signal um welches wiederum einem Analog-Digital Konverter zur
Auslesung zugefuumlhrt wird Dieser wandelt die einzelnen Bildinformationen in binaumlre Zahlen
um damit es im Anschluss an einem Computersystem weiter verarbeitet werden kann Das
heiszligt dass der AD-Wandler fuumlr jeden Bildpunkt (Pixel) einen Zahlenwert erzeugt der die
detektierte Intensitaumlt bzw einen Graustufenwert wiedergibt Aufgrund der Einfachheit der
elektronischen Bearbeitung werden fuumlr diese Rechenoperationen die Dualzahlen 1 und 0
welche die Basis des Dual- oder binaumlren Systems darstellen verwendet Die Binaumlrzahl 1 oder 0
stellen die kleinstmoumlglichste Informationseinheit dar und wird mit bdquoBinary Digitldquo bzw bit
bezeichnet Eine Grundeinheit besteht aus einer Laumlnge von 8 bit (b) welche auch als 1 Byte
(B) bezeichnet wird
Um bei der Digitalisierung des Bildes die oumlrtliche Zuordnung jeder einzelner Bildinformationen
zu ermoumlglichen wird ein Raster uumlber das Bild gelegt und jeweils in Zeilen (horizontal) und
Spalten (vertikal) zerlegt Ein Kaumlstchen diese Bildmatrix wird als Bildpunkt oder Pixel
bezeichnet Jedes Pixel kann somit durch eine Zeilen- und eine Spaltennummer (sogenannte
Adresse) identifiziert werden Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer
Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die Ortsaufloumlsung bzw Detailerkennbarkeit im digitalisierten
Bild (Abb211)
Die Graustufenwerte heiszligen auch Bittiefe Speichertiefe oder Digitalisierungstiefe Je groumlszliger
die Bittiefe ist umso genauer ist die Bilddarstellung Fuumlr die Wiedergabe von 256 Graustufen
werden 8 bits benoumltigt Die Speichertiefe wird auch als dynamischer Bereich bezeichnet Der
dynamische Bereich stellt den Bildbereich zwischen dem noch differenzierbaren hellsten und
dunkelsten Punkt dar Die Zahl der notwendigen Bittiefe haumlngt vom Dynamikbereich und vom
Bildrauschen eines Bildes ab (9123031)
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
27
Abb211 Darstellung eines Mammuts mit verschiedenen Bildelementen im
Schwarzweiszligbild ohne Grauabstufung Bei zunehmenden Bildelementen verbessert sich
die Darstellung des Objektes aus Laubenberger et al (12)
235 Abbildungseigenschaften der digitalen Systeme
Die Leistungsfaumlhigkeit und somit die Bildqualitaumlt der verschiedenen digitalen Systeme werden
beurteilt durch folgende Kriterien (121632)
Ortsaufloumlsung
Dynamikbereich
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF) Modulationstransferfunktion (MTF)
Ortsaufloumlsung
Die Ortsaufloumlsung wird auch als Nyquist-Grenzfrequenz (Lpmm) bezeichnet Sie entspricht
dem maximalen Aufloumlsungsvermoumlgen eines Radiographiesystems und ist definiert als der
kleinste Abstand bei dem zwei Objekte noch getrennt dargestellt werden koumlnnen
Uumlblicherweise ist die Darstellung der Ortsaufloumlsung mit einem Bleistrichraster Die
Ortsaufloumlsung ist abhaumlngig von der Pixelgroumlszlige des bilderzeugenden Systems (91632)
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
28
Unstrukturierte Speicherfolien haben eine Pixelgroumlszlige von 200microm mit einer
Ortsaufloumlsung von 25 Linienpaarenmm
Festkoumlrperdetektoren besitzen eine Pixelgroumlszlige von 140microm (Trixell) 160microm (Canon)
169microm (Swissray CCD- System) und 200 microm (General Electric Revolution XQ iamp
XRd) so dass sich hier eine durchschnittliche Ortsaufloumlsung zwischen 25 und 35
Linienpaarenmm ergibt
Die Ortsaufloumlsung fuumlr digitale Mammographie betraumlgt 5-6 Linienpaaremm
Mit zunehmender Bildpunktzahl und abnehmbarer Bildpunktgroumlszlige verbessert sich die
Ortsaufloumlsung
Das Abtasttheorem besagt dass bei einer Pixelgroumlszlige a die maximal uumlbertragbare Frequenz 12a
ist Dies fuumlhrt zB bei einer Pixelgroumlszlige von 025 mm zu einer Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze)
von 2 Lpmm Wird diese Grenze bei einer Strichrasteraufnahme uumlberschritten kommt es zur
Uumlberlagerung von Moireacute-Mustern (auch Aliasing Effekt genannt) Dies hat einen Verlust von
Details zur Folge und dadurch eine Verminderung der Bildqualitaumlt (91532)
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich stellt den Dosisbereich der ohne Verlust an Bildinformation in digitale
Signale umsetzbar ist (Abb212) Waumlhrend digitale Systeme sich durch einen linearen
Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstaumlrke im gesamten Dynamikbereich auszeichnen
sind bei konventionellen Filmen durch die S-foumlrmige Gradationskurve Absorptionsunterschiede
nur in einem engen Dynamikbereich darstellbar Das bedeutet dass konventionelle Filme nur
eine geringe Toleranz besitzen fuumlr eine Uumlber- bzw Unterbelichtung Dies hat entweder eine
uumlberfluumlssige Roumlntgenexposition mit einer Wiederholungsaufnahme oder eine schlechte
Bildqualitaumlt zur Folge Ein groszliger Dynamikbereich wie bei dem digitalen Detektoren fuumlhrt zu
einem groumlszligeren Belichtungsspielraum (Verminderung der Wiederholungsaufnahmen) und
ermoumlglicht die gleichzeitige Darstellung groszliger Absorptionsunterschiede in einer Aufnahme
(zB Knochen Weichteilgewebe) was durch die Einsparung von Spezialaufnahmen zu einer
Reduktion der Dosis fuumlhrt (91632)
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
29
Abb212 Graphische Darstellung des Dynamikbereiches eines Flachdetektorsystems
im Vergleich zu einem Film-Folien-System aus Koumlrner et al (16)
Detective Quantum Efficiency (DQE)
Die DQE (Detective Quantum Efficiency) stellt indirekt ein Maszlig fuumlr die Bildqualitaumlt dar Die
DQE entspricht dem Wirkungsgrad eines (digitalen) Detektors ist also ein Maszlig dafuumlr wie
effizient ein Detektor eintreffende Roumlntgenstrahlen in ein verwertbares Bildsignal konvertieren
kann (1724) Sie errechnet sich aus dem Quotienten der Signal-Rauschverhaumlltnisse (SRV) am
Ausgang und am Eingang eines Detektors (16263334)
Eine Verbesserung der DQE kann abgeleitet von der Formel durch Erhoumlhung des SRV am
Ausgang oder durch eine Verringerung des SRV am Eingang des Systems bewirkt werden (34-
36) Der ideale Detektor hat einen DQE-Wert von 1 (100) (37) Die DQE ist abhaumlngig von
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
30
der Strahlenart der Ortsfrequenz der Modulationstransferfunktion (MTF) und vom
verwendeten Detektormaterial (Abb213) Ein weiterer wichtiger Faktor stellt die Strahlenhaumlrte
dar (1737)
Ein hoher DQE-Wert ist Voraussetzung fuumlr eine potentielle Dosis-Reduktion ohne Verluste
hinsichtlich der Bildqualitaumlt Jedoch kann ein hoher DQE-Wert bei gleich bleibender
Strahlendosis auch zu einer Steigerung der Bildqualitaumlt genutzt werden (36) Mehrere Studien
haben gezeigt dass eine signifikante Dosisreduktion bei FD im Vergleich zu Speicherfolien-
Systemen in verschiedenen klinischen Untersuchungsgebieten moumlglich ist vor allem aber bei
Extremitaumlten- und Thoraxaufnahmen (3839)
Abb213 DQE verschiedener CR- und DR-Systeme aus Koumlrner et al (16)
1 NIP in Kombination mit einem Zeilenscanner (MD50DX-S Agfa-Gevaert Belgium)
2 PIP in Kombination mit einem Flying Spot- Scanner (MD40ADC Compact Agfa)
3 FD- indirekt CsI-basierter indirekter Flachdetektor (Pixium 4600 Trixell France)
4 FD- direkt Selen-basierter direkter Flachdetektor (DR 9000 Kodak USA)
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Methoden zur Messung der DQE etabliert da es
bis zu diesem Zeitpunkt erschwert wenn nicht unmoumlglich war diese zu messen und
miteinander zu vergleichen Im Jahre 2003 wurde der IEC62220-1 Standard eingefuumlhrt um die
DQE- Messung zu standardisieren und einen Vergleich zu ermoumlglichen (243537) Im
klinischen Gebrauch ist der DQE- Wert von digitalen Detektoren limitiert auf ein Maximum
von ca 045 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
31
Modulationstransferfunktion (MTF) Modulationsuumlbertragungsfunktion (MUumlF)
Die Erzeugung und die Qualitaumlt eines Roumlntgenbildes werden von verschiedenen Komponenten
beeinflusst zB von dem verwendeten Abbildungssystem dem Brennfleck der Qualitaumlt und
des Aufbaus eines Films und dem Betrachtungssystem Jede einzelne dieser Komponenten
bewirkt einen Informationsverlust und somit eine Abnahme der Bildqualitaumlt Um das
Zusammenwirken dieser Einflussgroumlszligen einheitlich beschreiben zu koumlnnen wurde die
Modulationstransferfunktion (MTF) eingefuumlhrt
Die MTF beschreibt wie stark das Ausgangssignal bei einer definierten Ortfrequenz f
(Linienpaaremm) gegenuumlber dem Eingangssignal reduziert wird (3435) Das Optimum stellt
eine MTF von 1 (100) dar das einer maximal moumlglichen Kontrastdarstellung entspricht Da
die medizinisch relevanten Detail in einem Bereich zwischen 0 und 2 Lpnm liegen sollte die
MTF in diesem Bereich moumlglichst hoch sein (69) Wenn die Objekte einen hohen Kontrast
aufweisen heben sie sich deutlich von ihrer Umgebung ab In mehrstufigen
Abbildungssystemen setzt sich die MTF des Gesamtsystems zusammen aus der Multiplikation
der MTF der einzelnen Komponenten (1632343540)
236 Bildnachverarbeitung
Nach der Belichtung und dem Ausleseprozess eines digitalen Detektors erfolgt die
Bildnachverarbeitung Ungeachtet der Art des verwendeten digitalen Roumlntgensystems muumlssen
die Rohbilder von allen digitalen Systemen nach der Digitalisierung mit einer
herstellerspezifischen Software weiter verarbeitet werden Dieser Vorgang wird als
Bildnachverarbeitung oder post-processing (Abb214) bezeichnet und findet in aller Regel
semiautomatisch statt Die Bildnachverarbeitung ist einer der Hauptbestandteile der digitalen
Systeme da sie einen groszligen Einfluss auf das endguumlltige Erscheinungsbild und somit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes nimmt
Hierbei durchlaufen die Rohdaten zuerst eine Fehlerkorrektur bei der jene Pixel die entweder
fehlerhaft gespeichert oder nicht korrekt ausgelesen wurden erkannt und durch einen
Mittelwert aus umgebenden korrekt ausgelesenen Pixeln ersetzt werden Danach folgt eine
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
32
Histogrammanalyse die eine Differenzierung zwischen Direktstrahlung Streustrahlung und
Strahlung die tatsaumlchlich zur diagnostischen Bildinformation beitraumlgt ermoumlglicht Den letzten
Schritt der Bildnachverarbeitung stellt die Multifrequenzfilterung (zB multiscale image
contrast amplification MUSICA von Agfa UNIQUE von Philips multiobjective frequency
processing MFP von Fuji) dar Diese dient der Kontrastanhebung vor allem der kleinen
Details unter Beruumlcksichtigung des Ausgangskontrastes und der Groumlszlige des betreffenden
Objektes und der nachtraumlglichen Verbesserung der Modulationstransferfunktion (MTF) In der
DR tragen die hohe Nyquist-Frequenz bei kleiner Pixelgroumlszlige und die gute DQE dazu bei dass
die Detail- und Ortsaufloumlsung keine Limitation darstellen Die Bildnachverarbeitungssoftware
ist auf den jeweiligen Detektor optimiert und herstellerseitg gebunden so dass ein alleiniger
Austausch der Software nicht moumlglich ist (2435)
1 2 3 4
Abb214 Beispiele fuumlr das post-processing Bild Nummer 1 stellt die initial gewonnenen
Rohdaten ohne Bildnachverarbeitung dar Die restlichen drei Bilder sind das Resultat
unterschiedlicher digitaler Nachverarbeitung Eine Kontrastanhebung (Bild 2) hebt
anatomische Strukturen hervor eine Rauschunterdruumlckung (Bild 3) resultiert in Glaumlttung
von unebenen Strukturen und eine Kantenanhebung (Bild 4) grenzt die feinen
Knochenstrukturen schaumlrfer ab
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
33
3 ZIELSETZUNG
In den letzten 20 Jahren hat die Entwicklung von Bildaufnahmesystemen in der Radiologie
rasante Fortschritte erfahren In der Projektionsradiographie ist man in den letzten Jahren von
den anfangs verwendeten analogen Film-Folien-Systemen immer mehr zu digitalen
bildgebenden Systemen uumlbergegangen Mit der Einfuumlhrung der digitalen
Subtraktionsangiographie (DSA) im Jahre 1978 bei der die digitale Verfuumlgbarkeit der Bilder
und die rechnergestuumltzte Weiterverarbeitung eine wichtige Vorraussetzung waren begann das
digitale Zeitalter der Radiologie (324142) Die digitale Lumineszenzradiographie unter
Verwendung von Speicherfolien (DLR) bietet einige Vorteile gegenuumlber der analogen Film-
Folien-Radiographie So koumlnnen beispielsweise unter anderem die Aufnahmen praktisch
zeitlich unbegrenzt digital archiviert werden es bestehen zahlreiche
Nachverarbeitungsmoumlglichkeiten und die Moumlglichkeit einer sofortigen Befundung am Monitor
Zudem bedeutet eine sofortige Zugriffsmoumlglichkeit auf die archivierten Bilder eine
Zeitersparnis und ermoumlglicht dem radiologisch taumltigen Personal ein effizienteres Arbeiten (32)
In den 90er Jahren wurden Festkoumlrperdetektoren (FD= Flachbettdetektoren) vorgestellt die
keine Speicherfolien mehr benoumltigen sondern das Roumlntgenbild direkt erzeugen (DR
Direktradiographie) Die groumlszligten Vorteile dieser Technologie sind neben der vereinfachten
Bedienung und der schnelleren Bilderzeugung der bessere Wirkungsgrad und eine houmlhere
Aufloumlsung mit der daraus resultierenden verbesserten Bildqualitaumlt
Neben der stetigen Forschung und Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren hat es auch
parallel bei den CR-Systemen (Computed Radiography) Neuentwicklungen gegeben Die
chemisch-physikalischen Eigenschaften der Leuchtstoffe der Speicherfolien wurden im
Hinblick auf ihre Speicherkapazitaumlt so optimiert dass es bei gleichbleibender Bildqualitaumlt eine
Reduktion der Strahlenbelastung zur Folge hat (4243) Dies stellt die strukturierte
Speicherfolie (Nadelstrukturfolie NIP) dar welche die Vorteile sowohl der DLR als auch der
Festkoumlrperdetektortechnologie miteinander verbindet (19) Ziel dieser Dissertation ist die
Evaluation der Bildqualitaumlt dieses neuen DLR-Systems im Vergleich mit den bisher
verwendeten DLR- und Festkoumlrperdetektor-Bildaufnahmesystemen Zudem soll die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei Verwendung der strukturierten Folie im Vergleich zu
einer unstrukturierten Folie und einem indirekten Festkoumlrperdetektorsystem fuumlr den spaumlteren
klinischen Einsatz untersucht werden
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
34
4 MATERIAL UND METHODEN
In diesem Kapitel werden die in unserer Studie verwendeten Praumlparate verschiedenen
Radiographiesysteme Roumlntgengeneratoren und Aufnahmeparameter vorgestellt Des Weiteren
werden die Bildbetrachtung unsere Bewertungskriterien und die statistische Auswertung
veranschaulicht
41 Praumlparate
Fuumlr die Auswertung wurden Aufnahmen von Fuszligpraumlparaten angefertigt Hierfuumlr wurden
insgesamt sechs vollstaumlndige menschliche Praumlparate distaler Unterschenkel und Fuumlszlige von
einem anatomischen Institut zur Verfuumlgung gestellt Von den sechs Praumlparaten waren vier
formalinfixiert zwei der Praumlparate wurden unmittelbar nach der Amputation tiefgekuumlhlt Vor
Durchfuumlhrung der Aufnahmen die in die Studie eingeschlossen werden sollten wurden
pathologische Befunde ausgeschlossen Hierunter zaumlhlten zum Beispiel grobe Verkalkungen
fehlende Knochen anatomische Varianten und Fremdkoumlrper die zu bewertende Strukturen
uumlberlagert haumltten Somit konnte eine eindeutige und uneingeschraumlnkte Vergleichbarkeit der
einzelnen Aufnahmen untereinander sichergestellt werden
Die Praumlparate wurden zwecks besserer Handhabung vor den radiologischen Aufnahmen in
Kunststoffsaumlcke vakuumverpackt Die hierfuumlr verwendeten Saumlcke waren strahlendurchlaumlssig
und fuumlhrten nicht zu einer Einschraumlnkung der Bildqualitaumlt oder einer Uumlberlagerung der zu
beurteilenden Strukturen Auf den jeweiligen Tuumlten erfolgte eine zufaumlllige Nummerierung
damit eine Zuordnung der Aufnahmen zum jeweiligen Praumlparat moumlglich war
Zu jedem Zeitpunkt der Untersuchung wurde darauf geachtet dass die Praumlparate nur
unmittelbar waumlhrend der Aufnahmen der Raumtemperatur ausgesetzt waren im Uumlbrigen
wurden die Praumlparate permanent bei -20 ordmC tiefgekuumlhlt gelagert Vor den Aufnahmen wurde
eine staumlrkere Kristallbildung ausgeschlossen um einen Einfluss auf die Bildqualitaumlt zu
verhindern Durch die Verpackungsmaszlignahmen und die Tiefkuumlhlung konnte waumlhrend des
gesamten Studienzeitraums eine fortschreitende Zersetzung und Verwesung der Phantome
vermieden werden
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
35
42 Verwendete Radiographiesysteme
Eine ausfuumlhrliche Beschreibung des Funktionsprinzips der verwendeten Speicherfolien und
Roumlntgendetektoren erfolgte bereits in der Einleitung (siehe Kapitel 231 und 233) weswegen
im Folgenden auf eine weitere Darlegung verzichtet wird
421 Unstrukturierte Speicherfolie (PIP) und Flying-Spot Scanner
Verwendet wurde eine kommerziell erhaumlltliche fabrikneue Speicherfolie mit Pulverstruktur
(MD 40 Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) mit einer Groumlszlige von 24 x 30 cm Die
Leuchtstoffschicht bestand hierbei aus BaSrFBrIEu mit einer typischen Lumineszenz von 400
nm Wellenlaumlnge Die Ausleseeinheit bestand aus einem ebenfalls handelsuumlblichen Analog-
Digitalconverter nach dem bdquoflying-spotldquo Prinzip mit einer Graustufenaufloumlsung von 12 bit pro
Pixel (ADC Compact Hersteller Fa Agfa-Gevaert Belgien) Die Pixelmatrix dieses Systems
war 2380 x 2920 Bildpunkte mit einer Pixelgroumlszlige von 114microm
422 Flachbettdetektor
Fuumlr die Aufnahmen am Flachbettdetektor wurde ein in einen Buckytisch integrierter Detektor
verwendet (Axiom Aristos MX Hersteller Fa Siemens Deutschland) Der hierbei verwendete
Detektor (Trixell Pixium Hersteller Fa Trixell Frankreich) basiert auf Caumlsiumiodid und einer
Detektorschicht aus amorphem Silizium Die aktive Matrixflaumlche betrug 43 x 43 cm mit einer
maximalen Matrix von 3000 x 3000 Bildpunkten mit einer Pixelgroumlszlige von 143microm Die
Graustufenaufloumlsung dieses Systems betrug 14 bit
423 Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) und Zeilenscanner
Sowohl bei der verwendeten Speicherfolie als auch bei dem Zeilenscanner handelte es sich um
Prototypen der Firma Agfa die im Wesentlichen der geplanten Serienfertigungsspezifikation
entsprachen Die Pixelgroumlszlige dieses Systems betrug 100 microm die Graustufenaufloumlsung lag bei 14
bit Die verwendete Kassette hatte eine Groumlszlige von 24 x 30 cm Theoretisch waumlre mit dem
Zeilenscanner auch ein Auslesen der Speicherfolie mit einer Pixelgroumlszlige von 50 microm moumlglich
gewesen hierauf wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit verzichtet Den Versuchsaufbau
dieses Systems zeigt Abbildung 41
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
36
Abb41 Versuchsaufbau des Zeilenscanners Zu erkennen ist die aus der Kassette
entfernte Speicherfolie (schwarzer Pfeil) und die Ausleseoptik (weiszliger Pfeil) Fuumlr den
Auslesevorgang musste die Folie noch manuell aus der Kassette entfernt und unter die
Ausleseeinheit gelegt werden Die digitale Weiterverarbeitung der Bilder erfolgte mit
einem nicht abgebildeten PC
424 Roumlntgengeneratoren
Insgesamt wurden zwei verschiedene Generatoren fuumlr die Aufnahmen verwendet Fuumlr die
Bilder des Flachbettdetektor und des herkoumlmmlichen Speicherfolien-Scannersystem wurde die
in die Roumlntgenanlage integrierte Roumlhre des oben genannten digitalen Aufnahmeplatzes der
Firma Siemens verwendet Da die Bilder mit dem Prototyp-Nadelspeicherfoliensystem in
einem Labor der Firma Agfa-Gevaert aufgenommen wurden musste der dort installierte
Generator (Hersteller General Medical Merate Italien) verwendet werden Vor den
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
37
Aufnahmen wurden die Einstellungen beider Systeme bezuumlglich der erreichten Dosis
abgeglichen
425 Aufnahmeparameter und Bildverarbeitung
Die Aufnahmeparameter sind in Tabelle 41 abgebildet Fuumlr beide Roumlntgenanlagen wurden die
identischen Parameter bzw Eintrittsdosen eingestellt Von jedem der sechs Praumlparate wurde
zunaumlchst eine Referenzaufnahme mit einer mittleren Eintrittsdosis von 85 microGy unter
Verwendung der herkoumlmmlichen Pulverstruktur-Speicherfolie angefertigt Im Anschluss
wurden von jedem einzelnen Praumlparat dorso- plantare Aufnahmen (Abb42) mit Eintrittsdosen
von 65 43 20 und 10 microGy an allen drei Detektoren durchgefuumlhrt Insgesamt wurden somit
sechs Referenzbilder und 72 Bilder fuumlr den Vergleich hergestellt
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
38
Abb42 Referenzbild eines Praumlparates Eintrittsdosis 85 microGy
Die Belichtung wurde manuell anhand des vorher ermittelten Roumlhrenstrom-Zeit-Produktes
eingestellt auf eine automatische Belichtung wurde verzichtet Bei allen Aufnahmen wurden
die Roumlhrespannung der Fokus-Detektor-Abstand und die uumlbrigen Parameter konstant gehalten
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
39
Roumlhrenspannung [kV] 50
Roumlhrenstrom-Zeit-Produkt [mAs] Variabel
Fokus-Detektor-Abstand [cm] 115
Raster Oslash
Zusaumltzliche Filter Oslash
Fokusgroumlszlige [mm] 06
Mittlere Oberflaumlcheneintrittsdosis
(Standardabweichung) [microGy] 8491 (plusmn 052)
6512 (plusmn 097)
4255 (plusmn 030)
1950 (plusmn 004)
984 (plusmn 008)
Tabelle 41 Aufnahmeparameter fuumlr beide Roumlntgengeneratoren
= Dosis des Referenzbildes
Des Weiteren wurde versucht die Praumlparate fuumlr alle Aufnahmen moumlglichst identisch zu lagern
Hierfuumlr wurden Schraubzwingen und Metallhalterungen verwendet die auszligerhalb des
Bildfeldes platziert wurden und somit zu keiner Uumlberlagerung der relevanten Strukturen
fuumlhrten
Die digitale Bildnachverarbeitung musste wegen der unterschiedlichen Softwareloumlsungen der
verschiedenen Hersteller an zwei unterschiedlichen Workstations erfolgen Die Rohdaten der
PIP und NIP Bilder wurden aus den jeweiligen Ausleseeinheiten exportiert und zusammen an
einem PC mit der vom Hersteller installierten Software (Musica Hersteller Agfa-Gevaert)
unter Verwendung identischer geraumlteunabhaumlngiger Parameter bearbeitet Hierfuumlr wurden
dieselben Einstellungen gewaumlhlt die sich am Institut bereits im klinischen Alltag bewaumlhrt
hatten
Die Nachverarbeitung der Aufnahmen am Flachbettdetektor erfolgte bereits unmittelbar nach
der eigentlichen Bildakquisition an der Bedienkonsole des Geraumltes Auch hier wurde die
Einstellung entsprechend denen des klinischen Routinebetriebs verwendet
Bei allen Bildern wurde manuell eine Fensterung vorgenommen wobei das Zentrum des
Fenster konstant gewaumlhlt wurde (1600) und die Breite des Fensters so gewaumlhlt wurden dass
Helligkeit und Kontrast so weit als moumlglich bei allen Aufnahmen gleich imponierte Die
Einstellungen wurden von einer unabhaumlngigen Person durchgefuumlhrt die im Folgenden nicht
weiter an der Studie beteiligt war
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
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bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
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dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
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comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
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64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
40
426 Bildbetrachtung
Fuumlr die Bildbetrachtung wurden von allen Aufnahmen Filmausdrucke an einem kalibrierten
Nasslaserdrucker (LR5200 Hersteller Fa Agfa-Gevaert) mit identischen Filmen zur
Auswertung angefertigt Die Referenzbilder wurden eindeutig und fuumlr die Betrachter ersichtlich
gekennzeichnet Die Vergleichsaufnahmen wurden randomisiert durchnummeriert die
Nummern wurden lediglich im Studienprotokoll vermerkt und waren den Betrachtern nicht
bekannt
An der Auswertung der Studie waren fuumlnf unabhaumlngige verblindete Fachaumlrzte fuumlr Radiologie
bzw Assistenzaumlrzte im letzten Weiterbildungsjahr beteiligt Die mittlere Berufserfahrung
betrug etwa fuumlnf Jahre Die Betrachtung erfolgte an einem herkoumlmmlichen Leuchtkasten mit
seitlicher Verdunkelung in einem Raum mit geringem Umgebungslicht um optimale
Betrachtungskonditionen zu gewaumlhrleisten
Die Bewertung der Bilder erfolgte praumlparatbezogen Zunaumlchst wurde den Radiologen das
Referenzbild des jeweiligen Phantoms ausgehaumlndigt Im Anschluss wurden die zu
vergleichenden zwoumllf Bilder des Phantoms in zufaumllliger Reihenfolge nacheinander praumlsentiert
Nach erfolgter vollstaumlndiger Bewertung wurde die naumlchste Aufnahme uumlberreicht Nach jedem
Praumlparat fand eine Pause von etwa zehn Minuten statt
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
41
427 Bewertungskriterien
Alle zwoumllf dosisreduzierten Aufnahmen jedes Phantoms wurden mit dem Referenzbild
verglichen Vor der Auswertung erfolgte eine genaue Instruktion der Auswerter bezuumlglich der
Kategorien und der Bewertungsskalen Hierfuumlr wurden exemplarische Bilder verwendet die in
der folgenden Auswertung nicht mehr vorkamen
Beurteilt werden sollte die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit der in Tabelle 42
aufgelisteten Strukturen Die vergleichende Bewertung der Punkte 1-5 erfolgte mit einer
relativen Fuumlnf-Punkte Skala (Tabelle 43) die Gesamtbildqualitaumlt wurde unabhaumlngig von den
zuvor bewerteten Kategorien bezuumlglich der diagnostischen Verwertbarkeit der Aufnahmen mit
einer absoluten Fuumlnf-Punkte Skala benotet (Tabelle 44)
1 Kortikale knoumlcherne Strukturen Scharfe Abgrenzbarkeit
Gelenkflaumlchen
2 Trabekulaumlre
knoumlcherne Strukturen
Abgrenzbarkeit
Differenzierung einzelner
Trabekelstrukturen
3 Weichteilmantel Einzelheiten erkennbar
Uumlberlagerung Fremdkoumlrper
4 Bilduumlberlagernde Artefakte Folienfehler
Detektorzeilenausfaumllle weitere
technisch bedingte Artefakte
Nicht relevant
Verpackungsmaterial der
Phantome Metallmarken an den
Zehen
5 Subjektiver Bildrauscheindruck Uumlberlagerung von relevanten
Strukturen
Nicht relevant Bildrauschen im
Auszligenbereich
6 Gesamtbildqualitaumlt Diagnostische Verwertbarkeit
der Aufnahme
Tabelle 42 Uumlbersicht uumlber die zu bewertenden Strukturen bezuumlglich ihrer
Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
42
Kortikale Struktur Trabekulaumlre Struktur Weichteilmantel Bildrauschen
(GelenkPhalanx) (Caput metatarsale (Knochen
Ossa tarsi) Weichteilmantel)
Abb43 Referenzbild mit den diagnostisch relevanten Regionen fuumlr die einzelnen
Kategorien der Tab42
+ 2 Deutlich besser als Referenzbild
+ 1 Besser als Referenzbild
0 Dem Referenzbild aumlquivalent
- 1 Schlechter als Referenzbild
- 2 Deutlich schlechter als Referenzbild
Tabelle 43 Bewertungsskala fuumlr die Kategorien 1-5
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
43
1 Optimale
Aufnahme
Alle Details erkennbar
2 Gute Aufnahme
Alle Details mit geringen Einschraumlnkungen erkennbar
3 Ausreichende Aufnahme Alle Details mit stoumlrenden Einschraumlnkung erkennbar
noch kein Verlust von relevanten Informationen
4 Eingeschraumlnkt
verwendbare Aufnahme
Details nicht vollstaumlndig erkennbar stoumlrende Ein-
schraumlnkungen fragestellungsabhaumlngig noch verwendbar
5 Unbrauchbare Aufnahme Unzureichende Detailerkennbarkeit deutlicher Verlust
von Informationen Aufnahme muss wiederholt werden
Tabelle 44 Bewertungsskala fuumlr die Bildqualitaumlt
Die einzelnen Bewertungen wurden in einem Auswertungsbogen mit der korrespondierenden
Bildnummer festgehalten Fuumlr die Bewertung wurde kein Zeitlimit festgesetzt
428 Evaluation der Auswertung und Statistik
Fuumlr jede einzelne Kategorie und jedes Bild wurden die Mittelwerte der Bewertungen aller
Radiologen gebildet Zudem erfolgte eine Analyse der Uumlbereinstimmung der Untersucher
untereinander sowohl getrennt fuumlr jeden Detektor als auch fuumlr die Summe aller Aufnahmen
(Intraclass correlation coefficient nach Pearson) Die Unterschiede in der Bildqualitaumlt bei
unterschiedlichen Dosen wurden mit dem Wilcoxon-Test fuumlr gepaarte Stichproben auf
statistische Signifikanz uumlberpruumlft
Die Statistik wurde mit einer kommerziellen Statistiksoftware berechnet (SPSS 115 Hersteller
SPSS Inc USA)
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
44
5 ERGEBNISSE
Darstellung unserer Ergebnisse bezuumlglich der Bildauswertung der Gesamtbildqualitaumlt und der
statistischen Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
51 Bildauswertung
511 Kortikale knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP
besser als das Referenzbild bewertet Bei 10 microGy wurde das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter
bewertet Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder
Dosis als besser bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy im Vergleich zum Referenzbild
eine geringfuumlgig bessere Qualitaumlt bezuumlglich der kortikalen knoumlchernen Strukturen auf Wurde
die Dosis weiter reduziert war die Bewertung der Bildqualitaumlt jeweils schlechter als die des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wurden schlechter als die Referenz bewertet wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 1
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0167 -0333 -1000 -1433
NIP 1267 1267 0900 -0133
FD 0233 -0033 -0400 -1100
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 1
PIP
NIP
FPD
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
45
512 Trabekulaumlre knoumlcherne Strukturen
Bei einer Dosisreduktion auf 20 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als das
Referenzbild bewertet Bei 10 microGy war das NIP-Bild geringfuumlgig schlechter Vergleicht man
NIP sowohl mit FD als auch mit PIP so wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser
bewertet Bilder des FD wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine
gleichwertige Bewertung bezuumlglich der trabekulaumlren knoumlchernen Strukturen auf Saumlmtliche
dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wurden als zum Teil deutlich
schlechter als die Referenz bewertet wobei auch hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 2
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0133 -0533 -1300 -1700
NIP 1700 1567 1233 -0133
FD 0100 0067 -0867 -1533
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 2
PIP
NIP
FPD
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
46
513 Weichteilmantel
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy und 43 microGy wurden die Aufnahmen mit NIP besser als
das Referenzbild bewertet und bei 20 microGy waren die NIP-Bilder noch geringfuumlgig besser Bei
10 microGy erschien das NIP-Bild den Auswertern schlechter Vergleicht man NIP sowohl mit FD
als auch mit PIP wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder des FD
wiesen bei 65 microGy und 43 microGy im Vergleich zum Referenzbild eine geringfuumlgig schlechtere
Qualitaumlt bezuumlglich des Weichteilmantels auf Bei 20 microGy und 10 microGy waren die FD-Bilder
schlechter Bilder des FD und der unstrukturierten Folie (PIP) wurden aumlhnlich schlechter als die
Referenz bewertet
Tabelle 3
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0200 -0400 -1267 -1533
NIP 0867 0867 0267 -0567
FD -0233 -0300 -0800 -1433
-2
-15
-1
-05
0
05
1
65 43 20 10
Au
sw
ert
ung
Dosis [microGy]
Abbildung 3
PIP
NIP
FPD
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
47
514 Artefakte
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy wurden die Aufnahmen
sowohl mit NIP als auch mit FD geringfuumlgig schlechter als das Referenzbild bewertet
Vergleicht man NIP mit FD wurden die NIP- Bilder bei jeder Dosis als besser bewertet Bilder
der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen bei 65 microGy und 10 microGy eine geringfuumlgig houmlhere
Artefaktrate als die Referenz auf Bei einer Dosisreduktion auf 43 microGy und 20 microGy wurden die
Aufnahmen bezuumlglich der Artefakte dem Referenzbild als aumlquivalent bewertet Vergleicht man
die unstrukturierte Folie (PIP) sowohl mit NIP als auch mit FD so waren auf den PIP-Bildern
weniger Artefakte zu erkennen
Tabelle 4
-09
-08
-07
-06
-05
-04
-03
-02
-01
0
Au
sw
ert
un
g
Dosis [microGy]
Abbildung 4
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0033 0000 0000 -0030
NIP -0300 -0367 -0300 -0167
FD -0667 -0767 -0400 -0433
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
48
515 Subjektiver Bildrauscheindruck
Bei einer Dosisreduktion auf 65 microGy 43 microGy und 20 microGy wurde der subjektive
Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP geringer als beim Referenzbild bewertet Bei 10 microGy
wurde der Rauschpegel als houmlher empfunden Vergleicht man NIP sowohl mit FD als auch mit
PIP werden das Rauschen der NIP- Bilder bei jeder Dosis als geringer bewertet
Bilder des FD wiesen bei 65 microGy 43 microGy und 20 microGy im Vergleich zum Referenzbild ein
geringeres subjektives Rauschen auf Bei 10 microGy war der Rauscheindruck houmlher als der des
Referenzbildes Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP)
wiesen ein houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier ein annaumlhernd linearer Abfall der
Bildqualitaumlt beobachtet werden konnte
Tabelle 5
Abbildung 5
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP -0267 -0600 -1433 -1700
NIP 1033 0900 0300 -0533
FD 0767 0567 0200 -0367
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
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Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
16 Koumlrner et al Advances in Digital Radiography bdquoPhysical Principles and System
Overviewrdquo RadioGraphics 2007 27 675-686
17 R Fasbender RSchaetzing bdquoNeue CR-Technologien fuumlr die digitale Radiographieldquo
Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
18 M Sonoda M Takano J Miyakara H Kato bdquoComputed radiography utilizing screening
laser stimulatet luminescenseldquo Radiology 1983 148 833- 838
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
49
52 Gesamtbildqualitaumlt
Abschlieszligend wurde noch die Gesamtbildqualitaumlt der NIP- FD- und PIP-Bilder mit den
Eintrittsdosen von 65 microGy 43 microGy 20 microGy und 10 microGy anhand einer Bewertungsskala
bestimmt Ziel war es die allgemeine Verwertbarkeit der Bilder im klinischen Alltag
unabhaumlngig von den Einzelbewertungen abzuwaumlgen Die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy
43 microGy und 20 microGy wurden als optimale Aufnahmen gewertet auf denen alle wichtigen
klinischen Details zu erkennen waren NIP mit 10 microGy FD-Bilder mit 65 microGy 43 microGy und 20
microGy und PIP-Bilder mit 65 microGy und 43 microGy wurden als gute Aufnahme bewertet Dagegen
wurde die Bildqualitaumlt von FD mit 10 microGy und PIP mit 20 microGy und 10 microGy als ausreichend
bzw eingeschraumlnkt gewertet
Tabelle 6
Dosis [microGy]
65 43 20 10
PIP 4100 3833 2767 2333
NIP 4867 4867 4700 3633
FD 4100 4033 3600 2767
Abbildung 6
0
1
2
3
4
5
6
65 43 20 10
Dosis [microGy]
Au
sw
ert
un
g
PIP
NIP
FPD
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
50
Die folgenden Abbildungen zeigen Ausschnitte aus den Roumlntgenbildern mit den einzelnen
Aufnahmesystemen Es handelt sich dabei um eine Detailaufnahme der Metatarsophalangeal-
Gelenke des 1 und des 2 Strahls (Abb51)
a b c d
Abb51 In den Spalten a-d sind Bilder der drei verschiedenen Aufnahmesystemen
dargestellt Referenz PIP (a) PIP (b) NIP (c) und FD (d) Die Roumlntgenbilder in der
Spalte a entsprechen dem Referenzbild PIP mit einer Eintrittsdosis von 85 microGy Zeile
I stellt die Roumlntgenbilder mit einer Eintrittsdosis von 65 microGy Zeile II mit einer
I
II
III
IV
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
51
Eintrittsdosis von 40 microGy Zeile III mit einer Eintrittsdosis von 20 microGy und die Zeile
IV mit einer Eintrittsdosis von 10 microGy dar aus Wirth et al (44)
53 Statistische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Unabhaumlngig von den Vergleichsparametern 1-5 wurde die Gesamtbildqualitaumlt auf statistisch
signifikante Unterschiede untersucht Als Testverfahren wurde der Wilcoxon- Test mit einem
Signifikanzniveau von α le 005 verwendet Bei allen Dosisstufen wurden Aufnahmen mit NIP
signifikant besser bewertet als die mit FD und PIP Der Vergleich FD gegen PIP erbrachte nur
bei den beiden staumlrksten Dosisreduzierungen einen signifikanten Vorteil fuumlr FD
Tabelle 51 Statische Auswertung der Gesamtbildqualitaumlt
Vergleich Dosis [microGy] P
NIP ndash PIP 65 lt 0001
NIP ndash PIP 43 lt 0001
NIP ndash PIP 20 lt 0001
NIP ndash PIP 10 lt 0001
NIP ndash FD 65 lt 0001
NIP ndash FD 43 lt 0001
NIP ndash FD 20 lt 0001
NIP ndash FD 10 lt 0001
FD ndash PIP 65 gt 005
FD ndash PIP 43 gt 005
FD ndash PIP 20 0002
FD ndash PIP 10 0015
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
52
6 DISKUSSION
Aufgrund der zunehmenden Strahlenexposition der Bevoumllkerung durch medizinische
Anwendungen ist es das Ziel der Radiologie die Strahlenexposition bei ausreichender
diagnostischer Bildqualitaumlt fuumlr jeden Patienten so gering wie moumlglich zu halten (sogenanntes
ALARA-Prinzip) Dies wird zum einen durch Referenzwerte fuumlr typische Untersuchungen
festgelegt die in der Praxis nicht uumlberschritten werden sollten und zum anderen durch genaues
Abwaumlgen der Indikation und des Nutzens jeder Roumlntgenuntersuchung (1-5) Um die
Strahlenbelastung fuumlr die Patienten und das medizinische Personal reduzieren zu koumlnnen und
zur Verbesserung der Bildqualitaumlt fanden in den letzten Jahren enorme Fortschritte sowohl in
der technischen Entwicklung bei den DR-Flachbilddetektoren als auch in der chemisch-
physikalischen Zusammensetzung der Leuchtstoffe der Speicherfolien statt Einen solchen
Fortschritt im Bereich der digitalen Lumineszenzradiographie stellt die strukturierte
Speicherfolie (NIP) dar Das Ziel dieser Dissertation war die Vorstellung und der Vergleich der
strukturierten Speicherfolie (NIP) mit den bisher am weitesten verbreiteten digitalen
Bildaufnahmesystemen FD und PIP und die Evaluierung einer moumlglichen Dosisreduktion bei
der Aufnahme von Extremitaumlten
Bei Betrachtung der unter Punkt 5 zusammengefassten Ergebnisse erzielten trotz der eigentlich
objektiv messbaren technischen Uumlberlegenheit uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-
Bilder sondern die Kombination NIPZeilenscannersystem in allen Kategorien eine klare
Uumlberlegenheit in Bezug auf die Bildqualitaumlt Eine Dosisreduktion von 75 (20 microGy) der
Ausgangsdosis (85 microGy) beim Roumlntgen von peripheren Extremitaumlten mit einem
NIPZeilenscannersystem ist in der vorliegenden Praumlparatstudie ohne einen Verlust der
Bildqualitaumlt durchfuumlhrbar Fuumlr FD-Aufnahmen ist indes nur eine Dosisreduktion von 50
moumlglich Bei gleicher Dosis ist im Vergleich der einzelnen Aufnahmesysteme ein deutlicher
Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen vor allem in der Detailerkennbarkeit kortikaler und
trabekulaumlrer knoumlcherner Strukturen oder Gelenkflaumlchen (Abb 51) Dies ist vor allem in der
Differenzierung von Frakturen entzuumlndlich-rheumatischer Erkrankungen und anderer
pathologischer Befunde wichtig Bisher wurden Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren
nachgewiesen da sich diese gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen
durch eine deutlich houmlhere DQE und eine houmlhere Ortsaufloumlsung auszeichnen (22 45 47-50)
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
53
Bezuumlglich der Rate an Artefakten zeigten sowohl alle NIP-Bilder als auch alle FD-Bilder mehr
Artefakte als das Referenzbild Die in der Studie verwendete Speicherfolie war fabrikneu was
Abnutzungserscheinungen wie sie im Dauergebrauch von Folien beobachtet werden koumlnnen
ausschlieszligt Bei den Artefakten des NIPZeilenscannersystems handelte es sich nach
Ruumlcksprache mit dem Hersteller um Kalibrierungsartefakte die zu streifenartigen
Veraumlnderungen des Bildhintergrundes fuumlhrten Diese Artefakte wurden nur bei dem fuumlr diese
Studie zur Verfuumlgung gestellten Versuchsaufbau bemerkt und konnten bis zur Serienfertigung
eliminiert werden weshalb hier nicht von einer grundsaumltzlich systembedingten relevanten
Beeinflussung der Bildqualitaumlt ausgegangen werden muss Bei dem verwendeten
Flachbettdetektor wurden vereinzelt Detektorzeilenausfaumllle beanstandet die einem technischen
Defekt entsprechen und auch in der klinischen Routine auftreten koumlnnen Wird dieser Defekt
behoben ist nicht mehr von einer weiteren Beeintraumlchtigung der Bildqualitaumlt auszugehen
Auszliger diesen Artefakten wurden keine weiteren Bildartefakte waumlhrend der Studie bemerkt
Das Bildrauschen hat einen groszligen Einfluss auf die Bildqualitaumlt und somit Erkennbarkeit von
Bilddetails In unserer Studie wurde der subjektive Rauscheindruck der Aufnahmen mit NIP
und mit FD bei allen Dosisreduktionen auszliger bei 10 microGy geringer als beim Referenzbild
bewertet Saumlmtliche dosisreduzierte Aufnahmen mit der unstrukturierten Folie (PIP) wiesen ein
houmlheres Rauschen als die Referenz auf wobei hier eine annaumlhernd lineare Zunahme des
Rauschpegels proportional zur Dosisreduktion beobachtet werden konnte
Bereits in fruumlheren Studien wurden die FD-Systeme mit Film-Folienkombinationen (2848
4951-56) Speicherfoliensystemen (45-485557) und auch mit beiden Systemen (48555859)
verglichen In all diesen Studien wurden die FD-Bilder in Hinsicht auf die Bildqualitaumlt
Rauscheindruck und Kontrastanhebung als besser bewertet Einer der Hauptgruumlnde sind die
optimierten technischen und physikalischen Eigenschaften die Quanteneffizienz (DQE) der
FD-Systeme ist 2x so groszlig wie die DQE der Speicherfoliensysteme Die FD-Systeme zeichnet
auch im Vergleich zu den DLR-Systemen eine houmlhere Ortsaufloumlsung aus (1719223755)
Systeme mit einer hohen DQE benoumltigen eine geringere Dosis als Systeme mit niedriger DQE
um ein bestimmtes Bildqualitaumltsniveau zu erreichen
Daher wurde in mehreren Studien der Versuch einer Dosisreduktion mit FD-Systemen
gestartet Viele Studien kommen zu dem Ergebnis dass bei einer gleich bleibenden Bildqualitaumlt
eine Dosisreduktion von bis zu 50 unter Verwendung eines FD-Systems moumlglich ist (24 28
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
54
434548495354) In einer von Voumllk et al im Jahre 2000 publizierten Studie wurden in einer
klinischen Studie mit 30 Patienten verschiedene anatomische Areale wie zB die
Knochenkortikalis Knochentrabekel oder Weichteilmantel miteinander verglichen Die
Ergebnisse zeigten dass auch bei einer Dosisreduktion auf 50 keine signifikant schlechtere
Darstellung der FD-Bilder im Vergleich zum Film-Folien-System bemerkbar war Erst bei einer
Dosisreduktion auf 25 der Ausgangsdosis verschlechterte sich die Darstellung einzelner
Strukturen signifikant (60) In der Studie von Schaefer-Prokop et al zeichnen sich die FD-
Detektoren durch ein verbessertes Handling und eine houmlhere DQE aus Dies ermoumlglicht
entweder eine Dosisreduktion um bis zu 50 oder eine Verbesserung der Bildqualitaumlt bei
Thorax-Aufnahmen (25) Diese Resultate bestaumltigten sich ebenso bei digitalen Aufnahmen des
peripheren Skelettsystems in der Studie von Reissberg et al (61)
Unerwarteterweise wurden in unserer Studie die FD-Bilder schlechter als die NIP-Bilder
bewertet obwohl die technischen Parameter von beiden Systemen im fuumlr
Extremitaumltenaufnahmen relevanten Ortsaufloumlsungsbereich weitgehend gleichwertig sind
(1962) In der Gesamtbildqualitaumlt wurden die NIP-Bilder mit der Dosis von 65 microGy 43 microGy
und 20 microGy als optimale Aufnahmen bezuumlglich aller wichtigen klinischen Details gewertet
wogegen die FD-Bilder mit derselben Dosis lediglich als gute Aufnahme bewertet wurden
Ein moumlglicher Grund ist die Verbesserung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der zum
Einsatz kommenden Leuchtstoffe der Nadelstrukturspeicherfolie hinsichtlich ihrer
Speicherfaumlhigkeit (1719) und der Entwicklung des Zeilenscanner Der Verzicht auf ein
Bindemittel in der aktiven Schicht und die strukturierte Anordnung der Phosphorkristalle in
einer Nadel-Leuchtstofffolie erhoumlhen den Fuumlllgrad der Kristalle (17) Dies hat folglich eine
Erhoumlhung der Roumlntgenabsorption eine Reduktion der Lichtstreuung ein effizienteres Auslesen
aber vor allem eine Verbesserung der Quanteneffizienz (DQE) zur Folge (Abb 213) (1837)
Der hohe DQE-Wert der strukturierten Speicherleuchtstofffolie wird auch mitunter beeinflusst
von der Kombination mit einem Zeilenscanner Dies zeigt eine Studie von Fasbender et al im
Jahre 2003 wo der Einfluss des Zeilenscanners auf die Bildqualitaumlt bezuumlglich der DQE in
Kombination zunaumlchst mit einer unstrukturierten und anschlieszligend mit einer nadelfoumlrmig
strukturierten Speicherleuchtstofffolie untersucht wurde Das Ergebnis war dass die DQE von
einem Zeilenscanner mit NIP einen Wert von 05 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm
erzielte Im Vergleich dazu erzielte die DQE von einem Zeilenscanner mit PIP (Prototyp) nur
einen Wert von 03 bei einer Ortsfrequenz von 05 Lpmm Die Autoren kamen zu der
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
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Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
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Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
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Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
55
Schlussfolgerung dass der Zeilenscanner neben NIP einen zusaumltzlich entscheidenden Einfluss
auf den DQE-Wert nimmt (17)
Aufgrund der hohen DQE der Nadelstrukturspeicherfolie (NIP) in Kombination mit einem
Zeilenscanner ist wie bei den FD-Systemen eine Dosisreduktion ohne Verlust der Bildqualitaumlt
vorstellbar Eine moumlgliche Dosisreduktion in der Projektionsradiographie war wie bei den FD-
Systemen bereits in fruumlheren Studien ein zentrales Thema Bislang gibt es nur sehr wenige
Studien welche die Moumlglichkeit einer Dosisreduktion mit Speicherfolien-Systemen
untersuchen Heyne publizierte drei Studien in den Jahren 1999 2000 und 2002 uumlber die
Moumlglichkeit einer Dosisreduktion bei verschiedenen Projektionsaufnahmen des Schaumldels der
oberen Extremitaumlten des Beckens und der LWS an einem Phantom Fuumlr die Roumlntgenaufnahmen
wurde eine unstrukturierte Speicherfolie in Kombination mit einem Flying-Spot-Scanner
desselben Herstellers wie in der vorliegenden Studie verwendet In allen drei Studien kamen die
Autoren zu dem Resultat dass eine Dosisreduktion in Abhaumlngigkeit der klinischen
Fragestellung moumlglich sei (63-65) Dieses Vorgehen birgt allerdings die Gefahr dass
Zufallsbefunde uumlbersehen werden koumlnnten wenn eine Untersuchung mit einer zu niedrigen
Dosis angefertigt wurde Eine sinnvolle Dosiseinsparung kann somit mit diesem System nur
mit einer dezidierten Fragestellung erreicht werden Dies zeigte auch die Studie von Peer et al
welche besagt dass in Abhaumlngigkeit des ALARA-Prinzips und der klinischen Fragestellung
eine Dosisreduktion von 37 zur Diagnosestellung einer Handgelenksfraktur mit einem DLR-
System moumlglich ist (66) In einer weiteren Studie von Busch et al wurden verschiedene
Speicherfoliensysteme mit verschiedenen FD-Systemen und einem konventionellen System mit
unterschiedlichen Dosisklassen verglichen (55) Die Ergebnisse zeigten dass bei den FD-
Systemen bei weiterhin hoher Bildqualitaumlt eine Dosisreduktion moumlglich ist bzw dass eine
Steigerung der Dosis eine deutliche Steigerung der Bildqualitaumlt zur Folge hat
Speicherfoliensysteme zeigen eine ebenso hohe Bildqualitaumlt jedoch ist eine Reduktion der
Strahlenexposition im Vergleich zu den FD-Systemen nur in einem beschraumlnkten Maszlige
ausfuumlhrbar
Vergleicht man nun die nach dem IEC62220-1 Standard gemessene DQE des
NIPZeilenscanner-Systems mit der DQE des indirekten FD (Abb 213) so sieht man aumlhnliche
DQE-Werte bis zu einer Ortsfrequenz von 1 Lpmm bevor die indirekten FD-Systeme bessere
DQE-Werte erzielen (16) Dies bedeutet dass die vorliegenden Ergebnisse nicht allein durch
den technischen Aufbau der Systeme zustande gekommen sein koumlnnen
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
56
Der warscheinlichste Grund warum der subjektive Gesamtbildeindruck der theoretisch
uumlberlegenen FD-Bilder im Vergleich zu den NIP-Bildern schlechter bewertet wurde duumlrfte die
unterschiedliche Bildnachverarbeitung sein Im Rahmen dieser Studie war es aufgrund
unterschiedlicher Herstellerfirmen (FD Siemens NIP PIP Musica von Agfa-Gevaert) nicht
moumlglich eine identische Bildnachverarbeitungssoftware fuumlr die CR- und fuumlr die DR-Systeme
zu verwenden Obwohl beide Hersteller fuumlr die Bildnachverarbeitung eine Software mit
aumlhnlichen Algorithmen wie zB Kantenanhebung Rauschunterdruumlckung oder
Kontrastanhebung verwendeten unterscheidet sich der daraus resultierende Bildereindruck zum
Teil erheblich Die Unterschiede sind systembedingt und konnten im Rahmen dieser Studie
nicht eliminiert werden Deswegen muss angenommen werden dass zumindest ein Teil der
Ergebnisse durch die unterschiedliche Nachverarbeitungssoftware bedingt ist Die
Einschraumlnkung gilt allerdings nur fuumlr die Aufnahmen die mit dem FD-System erzielt wurden
da fuumlr die Nachverarbeitung von NIP und PIP die identische Software von demselben Hersteller
zur Verwendung kam Die Bildnachverarbeitung beeinflusst den Bildeindruck und damit die
diagnostische Qualitaumlt des Bildes wie die physikalischen Voraussetzungen des Detektors und
des abbildenden Systems fuumlr die Bildqualitaumlt (2325) Durch die Bildnachverarbeitung konnten
kontrastarme und feine Strukturen die im Originalbild nur sehr schwer zu erkennen waren
staumlrker hervorgehoben und eine Unterdruumlckung von Strukturen mit hohem Kontrast erreicht
werden Dies zeigt auch die Studie von Redlich et al im Jahre 2005 wo 5 verschiedene
Roumlntgenaufnahmesysteme fuumlr den Thorax mittels eines Phantoms bezuumlglich der Bildqualitaumlt
miteinander verglichen wurden Die Aumlnderung der Bildnachverarbeitung des Systems mit einer
Speicherfolie resultierte in einer besseren Bildqualitaumlt (56) Um die Limitation
unterschiedlicher Bildnachverarbeitung in unserer Studie zu eliminieren waumlre die Verarbeitung
der Bild-Rohdaten von FD und von NIPPIP mit derselben Bildnachverarbeitungssoftware
noumltig gewesen
Neben der Dosisreduktion ist bei gleich bleibender Dosis ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt
bei Aufnahmen mit dem NIPZeilenscannersystem zu sehen Dies ist vor allem in der
Mammographie oder in der Kinderradiologie von Nutzen Die Bildgebung in der
Mammographie hat erhebliche Anforderungen da einerseits fuumlr die Erkennung von
Mikroverkalkungen eine hohe Ortsaufloumlsung erforderlich ist und andererseits ein hoher
dynamischer Bereich des Bildsignals notwendig ist da sowohl dichtes Druumlsengewebe von
hoher Absorption als auch der Hautbereich mit sehr geringer Roumlntgenschwaumlchung dargestellt
werden muss (67) In der Mammographie dominierten bis vor kurzem noch die konventionellen
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
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Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
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2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
57
Film-Folien-Systeme welche im Vergleich zu der digitalen Mammographie Nachteile
bezuumlglich des Workflows und vor allem der Bildqualitaumlt mit sich bringen (2668) Mit
Einfuumlhrung des NIPZeilenscannersystems kann die Dosis ohne Verlust der Bildqualitaumlt
reduziert werden oder bei gleich bleibender Dosis kann ein Gewinn der Bildqualitaumlt zu einer
Erhoumlhung der Diagnosesicherung beitragen (68) In der Kinderradiologie ist der Strahlenschutz
bei Kindern aufgrund ihrer gesteigerten Empfindlichkeit gegenuumlber ionisierenden Strahlen und
aufgrund des erhoumlhten Strahlenkrebsrisikos besonders wichtig (626970) Daher gilt bei den
Kindern wie bei den Erwachsenen das ALARA-Prinzip Bei einer nur geringen moumlglichen
Dosis gelten bei den Kindern fuumlr eine optimale Bildqualitaumlt bestimmte aufnahmetechnische
Regeln wie zB die Feldgroumlszlige Belichtung oder Positionierung des Patienten Bei fehlender
Erfuumlllung dieser Kriterien zeigt sich wie in der Studie von Engelmann et al im Jahre 2001 eine
schlechte Bildqualitaumlt (70) Haumlufig werden die Feldgroumlszligen zu breit gewaumlhlt was zu einer
erhoumlhten Strahlenbelastung und zu einer zunehmenden Verschlechterung der Bildqualitaumlt fuumlhrt
Dies wiederum hat fuumlr die Kinder Wiederholungsaufnahmen oder das Uumlbersehen von
pathologischen Befunden zur Folge Durch den Gebrauch der strukturierten Speicherfolie in
Kombination mit dem Zeilenscanner und der Bildnachverarbeitungssoftware Musica in der
Kinderradiologie waumlre wie bei der Mammographie eine weitere Reduktion der Dosis bzw eine
Steigerung der Bildqualitaumlt moumlglich (62) Dies bedarf weiterer Studien im klinischen Alltag
Neben der Moumlglichkeit einer Dosisreduktion ist auch der Arbeitsablauf unter Einbindung des
neuen DLR-Systems in den klinischen Routinebetrieb von Wichtigkeit Im Vergleich zu FD
wuumlrde der Gebrauch eines kassettenbasierten Systems im klinischen Alltag erwartungsgemaumlszlig
eine Verlangsamung des Workflows mit sich ziehen obwohl der Auslesevorgang der
Speicherfolie in Kombination mit dem Zeilenscanner (10 Sekunden) beschleunigt wurde und
fast so schnell wie der von FD-Systemen (5 Sekunden) ist (17202425) FD-Systeme
verbessern zum einen den klinischen Arbeitsablauf da keine Kassetten und keine getrennte
Entwicklungs- oder Ausleseeinheit mehr benoumltigt werden was eine Verkuumlrzung der
Bildentstehung und eine Vereinfachung des Arbeitsablaufes mit sich bringt Daraus resultiert
ein houmlherer Patientendurchsatz Auszligerdem entfallen fuumlr das medizinische Personal die bei
kassettenbasierten Systemen anfallenden Wege zwischen dem Roumlntgengeraumlt der Entwicklungs-
oder Ausleseeinheit und dem Ort an dem die Kassetten gelagert werden (2425) Ein
kassettenbasiertes System bringt andererseits den Vorteil der Mobilitaumlt mit sich von dem
besonders die Patienten profitieren Zum anderen ist dieses mobile Roumlntgensystem nicht in
seiner Groumlszlige auf bestimmte Koumlrperregionen limitiert da verschiedene Kassettengroumlszligen zur
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
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Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
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Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
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15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
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63
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31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
34 M Spahn ldquoFlat detectors and their clinical applications Eur Radio 2005 15 1934-1947
35 U Rapp- Bernhard O Effenberger U Redlich UJ Krause W Doehring bdquoDetection of
simulated intestinal lung disease and catheters by flat- panel and asymmetric radiography-
aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
58
Verfuumlgung stehen Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Bildaufnahmen mit diesem CR-
System nicht begrenzt und ermoumlglichen auch Bettaufnahmen was vor allem auf der
Intensivstation von Vorteil ist
Weiterhin sind technische Ausfaumllle beider Systeme und somit der Verlust von Produktivitaumlt im
klinischen Alltag naumlher zu beleuchten bei Ausfall eines FD-Systems waumlre das ganze Geraumlt
betroffen und es muumlsste ein Ausfallskonzept zur Uumlberbruumlckung bis zur Instandsetzung erstellt
werden Dagegen sind die neuen CR-Systeme weniger anfaumlllig fuumlr Stoumlrungen denn sie bestehen
nicht wie die FD-Systeme aus einer einzigen zusammengehoumlrigen Einheit so dass technische
Fehler leichter behoben werden koumlnnen indem die jeweils betroffene Einzelkomponente
ausgetauscht wird Dadurch ist der zeitliche Ausfall des Geraumltes im Gegensatz zu FD begrenzt
Ein Einfluss der Beschaffenheit der Praumlparate auf die Ergebnisse dieser Studie konnte
weitgehend ausgeschlossen werden Vor Beginn der Aufnahmen wurden pathologische
Befunde ausgeschlossen Die Praumlparate wurden nur fuumlr die Dauer der Erstellung der
Aufnahmen aus der Tiefkuumlhlung entnommen ansonsten wurde auf eine Einhaltung der
Kuumlhlung geachtet Bei den sechs formalinfixierten Praumlparaten war laut Auskunft des
anatomischen Institutes keine Verwesung zu erwarten bei den unfixierten Praumlparaten wurden
die Aufnahmen innerhalb weniger Tage angefertigt so dass eine erkennbar zunehmende
Veraumlnderung der Praumlparate durch Verwesung ausgeschlossen werden konnte Die Praumlparate
wurden zu Beginn der Studie vakuumversiegelt um eine Luftansammlung in den Beuteln zu
vermeiden Vor den jeweiligen Aufnahmen wurden etwaige auf den Kunststoffbeuteln
vorhandene Eiskristalle manuell entfernt
In unserer Studie wurden Praumlparate ohne pathologische Strukturen verwendet daher beduumlrfen
die Verwendung von NIP im klinischen Alltag und vor allem die Evaluation der moumlglichen
Dosisreduktion weiterer Studien
Eine Einschraumlnkung dieser Studie stellt die Verwendung nur eines Typen einer unstrukturierten
Speicherfolie von einem Hersteller dar Aus diesem Grunde sollte in weiteren Studien die
Verwendung verschiedener Speicherfoliensysteme unterschiedlicher Hersteller untersucht
werden In der Literatur sind bislang keine Studien veroumlffentlicht worden die unterschiedliche
Speicherfoliensysteme bezuumlglich der Bildqualitaumlt untersuchen
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
vom 211100 1-3
5 European Guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images 1996
6 A Lasserre L Blohm bdquoKurzlehrbuch Radiologieldquo UrbanampFischer Verlag MuumlnchenJena
2003 3 Auflage S 1-9
7 G W Kauffmann E Moser R Sauer bdquoRadiologieldquo Urbanamp Fischer 3 Auflage 2006 9-
34
8 T Lehmann W Oberschelp E Pelikan R Repges bdquoBildnachverarbeitung in der Medizin-
Grundlagen Modelle Methoden und Anwendungenldquo Springer Verlag Berlin 1997
9 Cl Schmid bdquoErmittlung von Dosiswerten in der Diagnostischen Radiologie zur Festlegung
von nationalen Referenzdosiswerten nach der Patientenrichtlinie der EU 9743 Euratomrdquo
Dissertation 2002 an der LMU Muumlnchen
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Bildgebende Systeme fuumlr die medizinische Diagnostik Publicis MCD Verlag 3Auflage
1995 4 84-108
11 M Reiser F-P Kuhn J Debus bdquoRadiologieldquo Duale Reihe Georg Thieme Verlag
Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
16 Koumlrner et al Advances in Digital Radiography bdquoPhysical Principles and System
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17 R Fasbender RSchaetzing bdquoNeue CR-Technologien fuumlr die digitale Radiographieldquo
Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
18 M Sonoda M Takano J Miyakara H Kato bdquoComputed radiography utilizing screening
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Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
Suppl 1 (May) 2000 117-120
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2005 1-6
21 J Frankenberger S Mair C Herrmann et al bdquoReflective and transmissive CR ScanHead
technology on needle image plates Proc SPIE 20055745499-510
22 R Schaetzing R Fassbender P Kersten bdquoNew High-speed scanning technique for
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23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
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2002 122562ndash2570
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30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
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49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
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52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
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chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
59
Eine weitere Einschraumlnkung der Studie ist die Tatsache dass zwei verschiedene
Ausleseverfahren (Flying-Spot-Scanner und Zeilenscanner) verwendet wurden Die Benutzung
von ein und demselben Scanner fuumlr PIP und NIP war in unserer Studie nicht moumlglich da die
beiden Folien und Kassettensysteme mit dem jeweiligen anderen Scanner technisch nicht
kompatibel sind Somit bleibt der Einfluss des Zeilenscanners als separate Groumlszlige in unserer
Studie unklar
Obwohl unsere Studie sich nur auf die unteren peripheren Extremitaumlten beschraumlnkt gibt es
bereits die ersten veroumlffentlichten Resultate im Bereich der Thorax-Radiographie von Koumlrner et
al im Jahre 2005 (20) welche mit den unseren vergleichbar sind Ob eine Dosisreduktion in
anderen Koumlrperregionen wie zB der Wirbelsaumlule oder des Abdomens durchfuumlhrbar ist bedarf
noch weiterer Studien Zum jetzigen Zeitpunkt liegen zwar noch keine Daten fuumlr diese
Koumlrperregionen vor jedoch erwarten wir aumlhnliche Resultate
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
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Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
vom 211100 1-3
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2003 3 Auflage S 1-9
7 G W Kauffmann E Moser R Sauer bdquoRadiologieldquo Urbanamp Fischer 3 Auflage 2006 9-
34
8 T Lehmann W Oberschelp E Pelikan R Repges bdquoBildnachverarbeitung in der Medizin-
Grundlagen Modelle Methoden und Anwendungenldquo Springer Verlag Berlin 1997
9 Cl Schmid bdquoErmittlung von Dosiswerten in der Diagnostischen Radiologie zur Festlegung
von nationalen Referenzdosiswerten nach der Patientenrichtlinie der EU 9743 Euratomrdquo
Dissertation 2002 an der LMU Muumlnchen
10 H Morneburg bdquoRoumlntgen- und Gammastrahlungldquo In Morneburg Heinz (Hrsg)
Bildgebende Systeme fuumlr die medizinische Diagnostik Publicis MCD Verlag 3Auflage
1995 4 84-108
11 M Reiser F-P Kuhn J Debus bdquoRadiologieldquo Duale Reihe Georg Thieme Verlag
Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
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Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
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Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
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2005 1-6
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computed radiographyrdquo Proc SPIE20024682511-520
23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
Radiography Comparison of Powder and Needle-Structured Storage Phosphor Systemsrdquo
Investigative Radiology Volume 41 Number 7 July 2006
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2002 45-58
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2002 122562ndash2570
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
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aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
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Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
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Dosimetry 2005 11439-44
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of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
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11Auflage 2006 S 3
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Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
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skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
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storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
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48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
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49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
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dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
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66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
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2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
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amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
60
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen dass trotz der objektiven technischen Uumlberlegenheit
uumlberraschenderweise nicht wie erwartet die FD-Bilder sondern die Kombination
NIPZeilenscannersystem mit der zugehoumlrigen Bildnachverarbeitungssoftware in allen
Kategorien eine klare Uumlberlegenheit erzielten Eine Dosisreduktion von bis zu 75 (20 microGy)
der Ausgangsdosis (85 microGy) bei Roumlntgenaufnahmen von peripheren Extremitaumlten mit dem
NIPZeilenscannersystem ist ohne Verlust der Bildqualitaumlt zumindest bei Praumlparaten
durchfuumlhrbar Fuumlr FPD ist dies nur bei einer Dosisreduktion von 50 moumlglich Bei gleich
bleibender Dosis ist ein deutlicher Gewinn an Bildqualitaumlt zu sehen Bisher wurden solch
deutliche Dosiseinsparungen nur mit Flachbilddetektoren nachgewiesen da sich diese
gegenuumlber DLR-Systemen und auch Film-Folien-Kombinationen durch eine deutlich houmlhere
DQE und eine niedrigere Ortsaufloumlsung auszeichnen Somit koumlnnte das neue
Speicherfoliensystem eine Alternative zu FD auch im klinischen Einsatz darstellen
Nach naumlherer Betrachtung aller Vor- und noch bestehenden Nachteile von NIP im Vergleich zu
den indirekten FD-Systemen kommen wir zu der Schlussfolgerung dass das
NIPZeilenscanner-System signifikant bessere Ergebnisse vorweist Aufgrund ihrer
unterschiedlichen Limitationen und Einsetzbarkeit je nach klinischer Fragestellung und
notwendiger Untersuchungsmethode ergaumlnzen sich beide Systeme gut Weitere Studien sind
noumltig um den klinischen Stellenwert des NIPZeilenscannersystems zu evaluieren
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
vom 211100 1-3
5 European Guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images 1996
6 A Lasserre L Blohm bdquoKurzlehrbuch Radiologieldquo UrbanampFischer Verlag MuumlnchenJena
2003 3 Auflage S 1-9
7 G W Kauffmann E Moser R Sauer bdquoRadiologieldquo Urbanamp Fischer 3 Auflage 2006 9-
34
8 T Lehmann W Oberschelp E Pelikan R Repges bdquoBildnachverarbeitung in der Medizin-
Grundlagen Modelle Methoden und Anwendungenldquo Springer Verlag Berlin 1997
9 Cl Schmid bdquoErmittlung von Dosiswerten in der Diagnostischen Radiologie zur Festlegung
von nationalen Referenzdosiswerten nach der Patientenrichtlinie der EU 9743 Euratomrdquo
Dissertation 2002 an der LMU Muumlnchen
10 H Morneburg bdquoRoumlntgen- und Gammastrahlungldquo In Morneburg Heinz (Hrsg)
Bildgebende Systeme fuumlr die medizinische Diagnostik Publicis MCD Verlag 3Auflage
1995 4 84-108
11 M Reiser F-P Kuhn J Debus bdquoRadiologieldquo Duale Reihe Georg Thieme Verlag
Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
16 Koumlrner et al Advances in Digital Radiography bdquoPhysical Principles and System
Overviewrdquo RadioGraphics 2007 27 675-686
17 R Fasbender RSchaetzing bdquoNeue CR-Technologien fuumlr die digitale Radiographieldquo
Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
18 M Sonoda M Takano J Miyakara H Kato bdquoComputed radiography utilizing screening
laser stimulatet luminescenseldquo Radiology 1983 148 833- 838
19 P Leblans L Struye P Willems (Agfa-Gevaert NV Mortsel Belgium) bdquoA New Needle-
Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
Suppl 1 (May) 2000 117-120
20 M Koumlrner S Wirth M Treitl M Reiser K-J Pfeifer bdquoInitial Clinical Results with a
Needle Screen Storage Phosphor System in Chest Radiogramsrdquo Fortschr Roumlntgenstr
2005 1-6
21 J Frankenberger S Mair C Herrmann et al bdquoReflective and transmissive CR ScanHead
technology on needle image plates Proc SPIE 20055745499-510
22 R Schaetzing R Fassbender P Kersten bdquoNew High-speed scanning technique for
computed radiographyrdquo Proc SPIE20024682511-520
23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
Radiography Comparison of Powder and Needle-Structured Storage Phosphor Systemsrdquo
Investigative Radiology Volume 41 Number 7 July 2006
24 K Ludwig T M Bernhardt bdquoDigitale Flachdetektorsystemeldquo In Radiologie up2date 1
2002 45-58
25 C Schaefer- Prokop M Uffmann J Sailer N Kabalan C Herold M Prokop bdquoDigitale
Thoraxradiographie Flat- panel- Detektor oder Speicherfolie Springer-Verlag 2003 der
Radiologe 52003 351-361
26 M Spahn V Heer R Freytag bdquoFlachbilddetektoren in der Roumlntgendiagnostikldquo Springer
Verlag der Radiologe 52003 340-349
27 HG Chotas JT Dobbins 3rd CE Ravin bdquoPrinciples of digital radiography with large-area
electronically readable detectors a review of the basicsrdquo Radiology 1999210595ndash599
28 M Strotzer J Gmeinwieser M Volk et al bdquoClinical application of a flat-panel X-ray
detector based on amorphous silicon technology image quality and potential for radiation
dose reduction in skeletal radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol 1998 17123-27
29 E Kotter M Langer bdquoDigital radiography with large-area flat-panel detectorsrdquo Eur Radiol
2002 122562ndash2570
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
34 M Spahn ldquoFlat detectors and their clinical applications Eur Radio 2005 15 1934-1947
35 U Rapp- Bernhard O Effenberger U Redlich UJ Krause W Doehring bdquoDetection of
simulated intestinal lung disease and catheters by flat- panel and asymmetric radiography-
aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
61
7 ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
AD-Wandler Analog-Digital-Wandler
ALARA As Low As Reasonably Achievable
BAG Bundesamt fuumlr Gesundheit
CCD Charge-Coupled-Device
CR Computed Radiography (= DLR)
CT Computertomographie
DLR Digitale Lumineszenzradiographie
DQE Detective Quantum Efficiency Roumlntgenquanteneffizienz
DR Direktradiographie
EURATOM European Atomic Energy Community
FD FestkoumlrperdetektorFlachbettdetektor
FPD Flat Panel DetectorFlachbettdetektor
MTF Modulationstransferfunktion
MUumlF Modulationsuumlbertragungsfunktion
NIP Needle-Image-Plate
PACS Picture Archiving and Communication System
PIP Powder-Image-Plate
Pixel Picture Matrix Elements
PSL Photostimulierte Lumineszenz
TFT Thin-Film-Transistor
RIS Radiology information system
SNR Signal-to-noise ratio Signalrauschverhaumlltnisse
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
1 Bundesministerium fuumlr Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit bdquoUmweltradioaktivitaumlt
und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
2 Richlinie 9629Euratom des Rates von 13051996
3 Bundeaumlrztekammer bdquoLeitlinien der Bundesaumlrztekammer zur Qualitaumltssicherung in der
Roumlntgendiagnostik vom 23112007
4 Budesamt fuumlr Gesundheit Abteilung Strahlenschutz Sektion Aufsicht und Bewilligungen
bdquoEmpfindlichkeitsklassen fuumlr Film-Folien-Systeme und digitale Systemeldquo Weisung R-09-01
vom 211100 1-3
5 European Guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images 1996
6 A Lasserre L Blohm bdquoKurzlehrbuch Radiologieldquo UrbanampFischer Verlag MuumlnchenJena
2003 3 Auflage S 1-9
7 G W Kauffmann E Moser R Sauer bdquoRadiologieldquo Urbanamp Fischer 3 Auflage 2006 9-
34
8 T Lehmann W Oberschelp E Pelikan R Repges bdquoBildnachverarbeitung in der Medizin-
Grundlagen Modelle Methoden und Anwendungenldquo Springer Verlag Berlin 1997
9 Cl Schmid bdquoErmittlung von Dosiswerten in der Diagnostischen Radiologie zur Festlegung
von nationalen Referenzdosiswerten nach der Patientenrichtlinie der EU 9743 Euratomrdquo
Dissertation 2002 an der LMU Muumlnchen
10 H Morneburg bdquoRoumlntgen- und Gammastrahlungldquo In Morneburg Heinz (Hrsg)
Bildgebende Systeme fuumlr die medizinische Diagnostik Publicis MCD Verlag 3Auflage
1995 4 84-108
11 M Reiser F-P Kuhn J Debus bdquoRadiologieldquo Duale Reihe Georg Thieme Verlag
Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
16 Koumlrner et al Advances in Digital Radiography bdquoPhysical Principles and System
Overviewrdquo RadioGraphics 2007 27 675-686
17 R Fasbender RSchaetzing bdquoNeue CR-Technologien fuumlr die digitale Radiographieldquo
Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
18 M Sonoda M Takano J Miyakara H Kato bdquoComputed radiography utilizing screening
laser stimulatet luminescenseldquo Radiology 1983 148 833- 838
19 P Leblans L Struye P Willems (Agfa-Gevaert NV Mortsel Belgium) bdquoA New Needle-
Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
Suppl 1 (May) 2000 117-120
20 M Koumlrner S Wirth M Treitl M Reiser K-J Pfeifer bdquoInitial Clinical Results with a
Needle Screen Storage Phosphor System in Chest Radiogramsrdquo Fortschr Roumlntgenstr
2005 1-6
21 J Frankenberger S Mair C Herrmann et al bdquoReflective and transmissive CR ScanHead
technology on needle image plates Proc SPIE 20055745499-510
22 R Schaetzing R Fassbender P Kersten bdquoNew High-speed scanning technique for
computed radiographyrdquo Proc SPIE20024682511-520
23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
Radiography Comparison of Powder and Needle-Structured Storage Phosphor Systemsrdquo
Investigative Radiology Volume 41 Number 7 July 2006
24 K Ludwig T M Bernhardt bdquoDigitale Flachdetektorsystemeldquo In Radiologie up2date 1
2002 45-58
25 C Schaefer- Prokop M Uffmann J Sailer N Kabalan C Herold M Prokop bdquoDigitale
Thoraxradiographie Flat- panel- Detektor oder Speicherfolie Springer-Verlag 2003 der
Radiologe 52003 351-361
26 M Spahn V Heer R Freytag bdquoFlachbilddetektoren in der Roumlntgendiagnostikldquo Springer
Verlag der Radiologe 52003 340-349
27 HG Chotas JT Dobbins 3rd CE Ravin bdquoPrinciples of digital radiography with large-area
electronically readable detectors a review of the basicsrdquo Radiology 1999210595ndash599
28 M Strotzer J Gmeinwieser M Volk et al bdquoClinical application of a flat-panel X-ray
detector based on amorphous silicon technology image quality and potential for radiation
dose reduction in skeletal radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol 1998 17123-27
29 E Kotter M Langer bdquoDigital radiography with large-area flat-panel detectorsrdquo Eur Radiol
2002 122562ndash2570
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
34 M Spahn ldquoFlat detectors and their clinical applications Eur Radio 2005 15 1934-1947
35 U Rapp- Bernhard O Effenberger U Redlich UJ Krause W Doehring bdquoDetection of
simulated intestinal lung disease and catheters by flat- panel and asymmetric radiography-
aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
62
8 LITERATURVERZEICHNIS
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und Strahlenbelastung Unterrichtung durch die Bundesregierung im Jahr 2009ldquo
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Roumlntgendiagnostik vom 23112007
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vom 211100 1-3
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2003 3 Auflage S 1-9
7 G W Kauffmann E Moser R Sauer bdquoRadiologieldquo Urbanamp Fischer 3 Auflage 2006 9-
34
8 T Lehmann W Oberschelp E Pelikan R Repges bdquoBildnachverarbeitung in der Medizin-
Grundlagen Modelle Methoden und Anwendungenldquo Springer Verlag Berlin 1997
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von nationalen Referenzdosiswerten nach der Patientenrichtlinie der EU 9743 Euratomrdquo
Dissertation 2002 an der LMU Muumlnchen
10 H Morneburg bdquoRoumlntgen- und Gammastrahlungldquo In Morneburg Heinz (Hrsg)
Bildgebende Systeme fuumlr die medizinische Diagnostik Publicis MCD Verlag 3Auflage
1995 4 84-108
11 M Reiser F-P Kuhn J Debus bdquoRadiologieldquo Duale Reihe Georg Thieme Verlag
Stuttgart 2004 1 Auflage 2- 79
12 Th Laubenberger J Laubenberger (1999) bdquoTechnik der medizinischen Radiologieldquo
Deutscher Aumlrzte-Verlag 7 Auflage 31-60)
13 W Jaschke R Loose C Claussen (Universitaumltsklinik fuumlr Radiodiagnostik Innsbruck)
bdquoLehrbuch der Radiologie Geraumltetechnik (Diagnostik)ldquo geschrieben von VSteil
14 P Thurn E Buumlcheler bdquoEinfuumlhrung in die radiologische Diagnostikldquo Georg Thieme
Verlag Stuttgart New York 1992 9Auflage 7-33
15 G Goretzki bdquoMedizinische Strahlenkundeldquo 2004 Urbanamp Fischer Muumlnchen 2Auflage S
86-173
63
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laser stimulatet luminescenseldquo Radiology 1983 148 833- 838
19 P Leblans L Struye P Willems (Agfa-Gevaert NV Mortsel Belgium) bdquoA New Needle-
Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
Suppl 1 (May) 2000 117-120
20 M Koumlrner S Wirth M Treitl M Reiser K-J Pfeifer bdquoInitial Clinical Results with a
Needle Screen Storage Phosphor System in Chest Radiogramsrdquo Fortschr Roumlntgenstr
2005 1-6
21 J Frankenberger S Mair C Herrmann et al bdquoReflective and transmissive CR ScanHead
technology on needle image plates Proc SPIE 20055745499-510
22 R Schaetzing R Fassbender P Kersten bdquoNew High-speed scanning technique for
computed radiographyrdquo Proc SPIE20024682511-520
23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
Radiography Comparison of Powder and Needle-Structured Storage Phosphor Systemsrdquo
Investigative Radiology Volume 41 Number 7 July 2006
24 K Ludwig T M Bernhardt bdquoDigitale Flachdetektorsystemeldquo In Radiologie up2date 1
2002 45-58
25 C Schaefer- Prokop M Uffmann J Sailer N Kabalan C Herold M Prokop bdquoDigitale
Thoraxradiographie Flat- panel- Detektor oder Speicherfolie Springer-Verlag 2003 der
Radiologe 52003 351-361
26 M Spahn V Heer R Freytag bdquoFlachbilddetektoren in der Roumlntgendiagnostikldquo Springer
Verlag der Radiologe 52003 340-349
27 HG Chotas JT Dobbins 3rd CE Ravin bdquoPrinciples of digital radiography with large-area
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28 M Strotzer J Gmeinwieser M Volk et al bdquoClinical application of a flat-panel X-ray
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dose reduction in skeletal radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol 1998 17123-27
29 E Kotter M Langer bdquoDigital radiography with large-area flat-panel detectorsrdquo Eur Radiol
2002 122562ndash2570
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
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36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
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341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
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storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
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46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
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systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
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bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
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49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
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50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
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52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
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54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
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55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
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radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
63
16 Koumlrner et al Advances in Digital Radiography bdquoPhysical Principles and System
Overviewrdquo RadioGraphics 2007 27 675-686
17 R Fasbender RSchaetzing bdquoNeue CR-Technologien fuumlr die digitale Radiographieldquo
Springer Verlag Radiologe 2003 S370-373
18 M Sonoda M Takano J Miyakara H Kato bdquoComputed radiography utilizing screening
laser stimulatet luminescenseldquo Radiology 1983 148 833- 838
19 P Leblans L Struye P Willems (Agfa-Gevaert NV Mortsel Belgium) bdquoA New Needle-
Crystalline Computed Radiograpy Detectorldquo Journal of Digital Imaging Vol 13 No 2
Suppl 1 (May) 2000 117-120
20 M Koumlrner S Wirth M Treitl M Reiser K-J Pfeifer bdquoInitial Clinical Results with a
Needle Screen Storage Phosphor System in Chest Radiogramsrdquo Fortschr Roumlntgenstr
2005 1-6
21 J Frankenberger S Mair C Herrmann et al bdquoReflective and transmissive CR ScanHead
technology on needle image plates Proc SPIE 20055745499-510
22 R Schaetzing R Fassbender P Kersten bdquoNew High-speed scanning technique for
computed radiographyrdquo Proc SPIE20024682511-520
23 M Koumlrner M Treitl R Schaumltzing et al bdquoDepiction of Low-Contrast Detail in Digital
Radiography Comparison of Powder and Needle-Structured Storage Phosphor Systemsrdquo
Investigative Radiology Volume 41 Number 7 July 2006
24 K Ludwig T M Bernhardt bdquoDigitale Flachdetektorsystemeldquo In Radiologie up2date 1
2002 45-58
25 C Schaefer- Prokop M Uffmann J Sailer N Kabalan C Herold M Prokop bdquoDigitale
Thoraxradiographie Flat- panel- Detektor oder Speicherfolie Springer-Verlag 2003 der
Radiologe 52003 351-361
26 M Spahn V Heer R Freytag bdquoFlachbilddetektoren in der Roumlntgendiagnostikldquo Springer
Verlag der Radiologe 52003 340-349
27 HG Chotas JT Dobbins 3rd CE Ravin bdquoPrinciples of digital radiography with large-area
electronically readable detectors a review of the basicsrdquo Radiology 1999210595ndash599
28 M Strotzer J Gmeinwieser M Volk et al bdquoClinical application of a flat-panel X-ray
detector based on amorphous silicon technology image quality and potential for radiation
dose reduction in skeletal radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol 1998 17123-27
29 E Kotter M Langer bdquoDigital radiography with large-area flat-panel detectorsrdquo Eur Radiol
2002 122562ndash2570
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
34 M Spahn ldquoFlat detectors and their clinical applications Eur Radio 2005 15 1934-1947
35 U Rapp- Bernhard O Effenberger U Redlich UJ Krause W Doehring bdquoDetection of
simulated intestinal lung disease and catheters by flat- panel and asymmetric radiography-
aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
64
30 J Freyschmidt bdquoHandbuch diagnostische Radiologie Strahlenphysik Strahlenbiologie
Strahlenschutzldquo Springer 2002 S 79-80
31 St Becht R Bittner bdquoLehrbuch der roumlntgendiagnostischen Einstelltechnikldquo Springer
Verlag 2008 S 14-53
32 HP Busch bdquoDigitale Projektionsradiographieldquo in der Radiologe 081999 S 711-724
33 IA Cunningham IA R Shaw bdquoSignal-to-noise optimization of medical imaging systemsrdquo
JOpt Soc Am A 16 (3) 621-632
34 M Spahn ldquoFlat detectors and their clinical applications Eur Radio 2005 15 1934-1947
35 U Rapp- Bernhard O Effenberger U Redlich UJ Krause W Doehring bdquoDetection of
simulated intestinal lung disease and catheters by flat- panel and asymmetric radiography-
aspects of dose reductionldquo Radiology 2000 217 (Suppl) 548
36 C Schafer-Prokop E Eisenhuber M Fuchsjager S Puig and M Prokop bdquoAktuelle
Entwicklungen auf dem Gebiet der digitalen Thoraxradiographieldquo Springer Verlag
Radiologe 032001 230-239
37 H Illers E Buhr C Hoeschen bdquoMeasurement of the detective quantum efficiency (DQE)
of digital X-ray detectors according to the novel standard IEC 62220-1rdquo Radiat Prot
Dosimetry 2005 11439-44
38 WJVeldkamp LJ Kroft MV Boot et al bdquoContrast-detail evaluation and dose assessment
of eight digital chest radiography systems in clinical practicerdquo Eur Radiol 2006 16333-
341
39 M Volk M Strotzer J Gmeinwieser et al bdquoFlat-panel x-ray detector using amorphous
silicon technology Reduced radiation dose for the detection of foreign bodiesrdquo Invest
Radiol 1997 32373-377
40 W Schlegel J Bille bdquoMedizinische Physikldquo Band 2 (Medizinische Strahlenphysik)
Springer Verlag 2002 S 156-157 260)
41 TW Ovitt PC Christenson HD Fisher 3rd et al bdquoIntravenous angiography using digital
video subtraction x-ray imaging systemrdquo AJR Am J Roentgenol 19801351141ndash1144
42 E Buumlchler K-J Lackner M Thelen bdquoEinfuumlhrung in die Radiologieldquo Thieme Verlag
11Auflage 2006 S 3
43 M Strotzer M Voumllk R Frund et al bdquoRoutine chest radiography using a flat-panel
detector image quality at standard detector dose and 33 dose reductionrdquo AJR Am J
Roentgenol 2002 178(1)169ndash171
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
65
44 Wirth S Treitl M Reiser MF Koumlrner M bdquoImaging performance with different doses in
skeletal radiography comparison of a needle-structured and a conventional storage
phosphor system with a flat-panel detectorldquo Radiology 2009 Jan250(1)152-60
45 F Fischbach J Ricke T Freund et al bdquoFlat panel digital radiography compared with
storage phosphor computed radiography assessment of dose versus image quality in
phantom studiesrdquo Invest Radiol 2002 37609-614
46 XJ Rong CC Shaw X Liu et al bdquoComparison of an amorphous siliconcesium iodide
flat-panel digital chest radiography system with screenfilm and computed radiography
systems a contrast-detail phantom studyrdquo Med Phys 200128(11)2328-2335
47 CE Jr Floyd RJ Warp JT 3rd
Dobbins et al bdquoImaging characterisctics of an amorphous
silicon flat-panel detector for digital chest radiographyrdquo Radiology 2001218(3)683-688
48 K Ludwig H Lenzen et al bdquoPerformance of a flat-panel detector in detecting artificial
bone lesions comparison with conventional screen-film and storage-phosphor
radiographyrdquo Radiology 2002222(2)453ndash 459
49 T Okamura S Tanaka K Koyama et al bdquoClinical evaluation of digital radiography based
on a large-area cesium iodide-amorphous silicon flat-panel detector compared with screen-
film radiography for skeletal system and abdomenrdquo Eur Radiol 200212(7) 1741ndash1747
50 J Freyschmidt J Th Schmidt bdquoHandbuch Diagnostische Radiologie Strahlenphysik
Strahlenbiologie Strahlenschutzldquo Springer Verlag 2001
51 R Aufrichtig bdquoComparison of low contrast detectability between a digital amorphous
silicon an a screen-film based imaging system for thoracic radiographyrdquo Med Phy
199926(7)1349-1358
52 M Strotzer J Gmeinwieser M Spahn M Voumllk R Frund J Seitz V Spies J Alexander
S Feuerbach bdquoAmorpheus silicon flat- panel x- ray detector versus screen- film
radiography effect of dose reduction on the detactability of cortical bone defects and
fracturesrdquo Invest Radiol 1998 33 33-38
53 WP Hosch C Fink B Radeleff A Kampschulte GW Kauffmann JHansmann bdquoRadiation
dose reduction in chest radiography using a flat-panel amorphous silicon detectorrdquo Clin
Radiol 200257(10)902ndash907
54 C Fink PJ Hallscheidt G Noeldge et al bdquoClinical comparative study with a large-area
amorphous silicon flat-panel detector image quality and visibility of anatomic structures on
chest radiographyldquo AJR Am J Roentgenol 2002178(2)481ndash486
55 HP Busch S Busch C Decker et al bdquoBildqualitaumlt und Dosis in der Digitalen
Projektionsradiographieldquo Fortschr Roumlntgenstr 2003 175 32- 37
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
66
56 U Redlich S Reissberg C Hoeschen et al Chest Radiography bdquoROC phantom study of
four different digital systems and one conventional radiographic systemldquo Rofo
2003175(1)38-45
57 H Geijer KW Beckmann B Andersson J Persilden bdquoImage Quality vs radiation dose for
flat- panel amorphous silicon detector a phantom studyldquo Eur Radiol 11(9) 2001 1704-
1709
58 K Bacher P Smeets et al bdquoDose reduction in patients undergoing chest imaging digital
amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen
radiography and phosphor-based computed radiographyrdquo AJR Am J Roentgenol2003
Oct181(4)923-9
59 S Grampp C Czerny C Krestan C Henk L Heiner H Imhof
bdquoFlachbilddetektorsysteme in der Skelettradiologieldquo Springer Verlag der Radiologe 5
2003 362- 366
60 M Voumllk M Strotzer N Holzknecht C Manke M Lenhart J Gmeinwieser J Link M
Reiser S Feuerbach bdquoDigital radiography of the skeleton using a large- area detector based
on amarphous silicon technology image quality and potential for dose reduction in
comparison with screen- film radiographyrdquo Clin Radiol 55(8) 2000 615- 621
61 S Reissberg C Hoeschen A Kaumlstner U Theus R Fiedler U Krause W Doumlhring
bdquoErste klinische Erfahrungen mit einem groszligformatigen Flaumlchendetektorsystem bei
Aufnahmen des peripheren Skelettsystemsldquo Roumlfo 173 1048- 1052
62 R Schaetzing bdquoManagement of pediatric radiation dose using Agfa computed
radiographyldquo Pediatr Radiol (2004) 34(Suppl 3) S207ndashS214
63 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie im Vergleich zum konventionellen Film- Folien- System mit
Rasterkassette am Schaumldelphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 1999 171 54- 59
64 JP Heyne H Merbold J Sehner et al bdquoReduktion der Strahlendosis mittels
Speicherfolienradiographie am Handphantomldquo Fortschr Roumlntgenstr 2000 172 386-390
65 JP Heyne J Sehner R Neumann et al bdquoReduktion der Strahlenexposition mittels
Speicherfolienradiographie an Becken und Lendenwirbelsaumluleldquo Fortschr Roumlntgenstr 2002
174 104- 111
66 R Peer A Lanser et al bdquoStorage phosphor radiography of wrist fractures a subjective
comparison of image quality at varying exposure levelsrdquo Eur Radiol 2002 Jun12(6)1354-
9 Epub 2002 Feb 21
67 U Bick bdquoDigitale Vollfeldmammographieldquo Fortschr Roumlntgenstr (2000) 173957ndash964
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
67
68 R Schulz-Wendtland K-P Hermann W Bautz bdquoDigitale Mammographieldquo Radiologie
2005 (45)255-263
69 H Jung bdquoStrahlenrisikoldquo Fortschr Roumlntgenstr 1995 162 91-98
70 D Engelmann T Duumltting R Wunsch J Troumlger bdquoQualitaumlt der ambulanten
Roumlntgenthoraxuntersuchung des Kindes- eine Pilotstudieldquo Springer-Verlag 2001 der
Radiologe 52001 (41) 442-446
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
68
9 DANKSAGUNG
Ich moumlchte mich bei Herrn Prof Dr med Dr h c M Reiser FACR FRCR fuumlr die
Uumlberlassung des Themas die Anleitung im wissenschaftlichen Arbeiten und Unterstuumltzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit bedanken
Mein Dank geht weiterhin an die Firma AGFA in Muumlnchen die meine Untersuchungen aktiv
unterstuumltzten und bei Schwierigkeiten immer zur Seite standen Insbesondere moumlchte ich den
Kollegen am Institut fuumlr Klinische Radiologie der LMU Muumlnchen Standort Innenstadt fuumlr ihre
tatkraumlftige Mitarbeit an dieser Studie danken Vor allem weil sie neben ihrer Routinearbeit
immer Zeit fuumlr mich fanden und einige sogar einen Teil ihrer Freizeit opferten Den groumlszligten
Dank aber schulde ich Herrn PD Dr med Markus Koumlrner der mir unermuumldlich mit groszliger
Geduld und Hilfe zur Seite stand
Zu guter Letzt danke ich meinen Freunden Patricia Reinhard Saskia Rutner Robert
Bargmann Sandra Luumlscher und vor allem Fabian Luumlscher fuumlr ihre Hilfe
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
69
1 0 L E B E N S L A U F
Name Song Chung Un
Geburtsdatum und ndashort 07 Mai 1979 Bad Soden am Taunus
Familienstand ledig
Staatsangehoumlrigkeit deutsch
Eltern Song Kang-Suk
Song Sum-Soo
Geschwister Dr med Song Bong-Seok
SCHULBILDUNG
081989- 071998 Bischof-Neumann-Schule Koumlnigstein im Taunus
Staatl Anerkanntes humanistisches Privatgymnasium in katholischer
Traumlgerschaft
081985- 081989 Theodor-Heuss-Grundschule in Bad Soden am Taunus
AUSBILDUNG
101999- 102000 Medizinische Technische Assistentin am Klinikum Frankfurt-
Houmlchst
091998- 041999 Freiwilliges Soziales Jahr beim Bayerischen Roten Kreuz im
Klinikum Starnberg Chirurgie
UNIVERSITAumlTSAUSBILUNG
042003 - 112006 Technische Universitaumlt Muumlnchen
102000 - 032003 Studium der Humanmedizin an der Universitaumlt Rostock fuumlr
5 Fachsemester
102006 3 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
092005 2 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082003 1 Abschnitt der Aumlrztlichen Pruumlfung
082002 Aumlrztliche Vorpruumlfung
TAumlTIG ALS
012007-012008 Assistenzaumlrztin in der Medizinischen und Chirurgischen Abteilung im
Spital des SeebezirksHocircpital Du District Du Lac in Meyriez Schweiz
022008-012010 Assistenzaumlrztin in der Chirurgischen Abteilung im Zuger
Kantonsspital in Baar Schweiz
042010 Assistenzaumlrztin in der Visceralchirurgischen Abteilung des
UniversitaumltsSpital Zuumlrich Schweiz
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
70
DISSERTATION
bdquoBildqualitaumlt und Dosisreduktionspotenzial in der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR)
Vergleich einer Nadelstruktur-Speicherfolie mit einer unstrukturierten Speicherfolieldquo
am Institut fuumlr Klinische Radiologie der Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen Direktor Prof Dr
med Dr h c M Reiser FACR FRCR
PUBLIKATIONPOSTER
bdquoTestikulaumlre Feminisierung seltene Ursache eines Kryptorchismusldquo C Song R Leuppi Ruumledi M
Zurkirchen Urologische Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2008
bdquoExtramammaumlrer M Paget der Glans penisldquo C Song M Bussmann M Zurkirchen Urologische
Abteilung Neues Zuger Kantonsspital (Baar) 2009
Muumlnchen den 01092011
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