Informationsveranstaltung: Die neue RöV und die neuen Leitlinien

TÜV Nord Akademie Hannover, 21.11.2002

Die Computertomographie vor dem Hintergrund der neuen RöV

G. Stamm

Medizinische Hochschule, Hannover, Diagnostische Radiologie

AB Experimentelle Radiologie

CT & Strahlenexposition

BV5%CT

4%Div.4%

Film 87%

BV5%CT

4%Div.4%

Film 87%

Anteile am Untersuchungsaufkommen

BV 36%CT 35%

Film 25%Div. 4%

BV 36%CT 35%

Film 25%Div. 4%

Anteile an kollektiver Effektivdosis

Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz (1994)

Aktionen

• Mai 1998: Gründung ’Konzertierte Aktion Dosisreduktion CT’

• 1999/2000: Bundesweite Umfrage zur CT-Expositionspraxis

• Jan. 2001: Feedbackaktion zur CT-Umfrage

• Juli 2001: Dosisberechnungs-Software ’CT-Expo’

• Okt. 2001: Report ’CT-Expositionspraxis in der BRD’

• 2000/01: Studie ’Dosisoptimierte Scanprotokolle’

• 2001/02: Zusatzumfrage ’MSCT-Expositionspraxis’

• 2001/02: Pilotprojekte zum Thema ’CT-Dosiskurs’.

Themen

• Dosisbegriffe• Einflußgrößen

• Dosisberechnung

• CT-Umfrage 1999

• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002

Was ist Dosis ?

Dosis = mAs ??? Dosis = mAs ???

Dosis ist proportional zum gewählten mAs Produkt, aber ...... Dosis ist nicht = mAs (erhebliche Unterschiede je nach Gerät) ...... und schon gar nicht = mA (unterschiedliche Rotationszeiten) ...

... und auch nicht = Hautdosis (andersartige Dosisverteilung) !!!

Untersuchungsdosis [mSv] für Abdomen

Philips Tomosan EG [120 kV, 74 mAs]:Elscint HeliCat [125 kV, 267 mAs]:

Mann Frau

7.3 10.17.9 10.9

Dosisbegriffe

CTDI

MSAD

CTDIFDA

dlp

Dorg

DLP

Effektive Dosis E

CTDI100

CTDIL

CTDIw

CTDIw,eff

nCTDIxyz

Dosisbegriffe

Lokale Dosisgrößen• CTDIw Gewichteter CTDI

(Basis für Referenzwerte)• CTDIw,eff Effekt. CTDI oder Volumen-CTDI (CTDIvol)

(Anzeige am Gerät)

Integrale Dosisgrößen• DLP Dosislängenprodukt

(Basis für Referenzwerte)• E Effektive Dosis

(Patientenexposition)

Was ist CTDI ?

CTDI = 1h

⋅ D(z) ⋅ dz−∞

+∞

∫ CTDI

cm

h = nominelle Schichtdicke

Rel

ativ

e D

osis

CTDI = Dosis in der Schicht incl. Beitrag der Ausläufer

Messung des CTDI

Meßorte

AE

D

C

B

CTDIp CTDIc

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -5 0 5 10

Rel

ativ

e D

osis

dlph

MK

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -5 0 5 10

Rel

ativ

e D

osis

dlph

MK

• Messung im Plexiglasphantom mit bleistiftförmiger Meßkammer (MK)• Phantomdurchmesser: 16 cm (Head), 32 cm (Body)• Messung zentral (A) und peripher (Mittelwert B bis E) • Meßgröße: Dosislängenprodukt der Einzelschicht (dlp)• CTDI = dlp / h (h = nominelle Schichtdicke in cm).

Was ist CTDIw,eff oder CTDIvol ?

0

0,5

1

1,5

2

2,5

-10 -5 0 5 10

Schichtlage (cm)

Relat

ive D

osis

MSAD

p = 0,7

CTDIw,eff = CTDIw

Pitch p

• Mittlere Dosis im gescannten Volumen (praktisch = MSAD)• Bezeichung nach IEC-Norm auch: CTDIVol (Volumen-CTDI)• Mittelung über Querschnitt (’w’) und Länge (’p’)• Basis für geräteseitige Dosisanzeige an neueren Scannern.

Was ist Dosislängenprodukt ?

0

0,5

1

1,5

2

-10 -5 0 5 10

Relat

ive D

osis

Schichtlage (cm)

0

0,5

1

1,5

2

-10 -5 0 5 10

Relat

ive D

osis

Schichtlage (cm)

Dosis

Länge

DLPw = CTDIw · n · h = CTDIw,eff · LDLPw = CTDIw · n · h = CTDIw,eff · L

Was ist effektive Dosis ?

• Dorg,i: Organdosis• wi: Gewebe-Wichtungsfaktoren

(zwischen 0,01 und 0,20)

E = Σ wi * Dorg,iE = Σ wi * Dorg,i

0,0001

0,001

0,01

0,1

-20 0 20 40 60 80 100Schichtlage z (cm)

Ovarien

Abdomen

Brust

Gehirn

Schilddrüse

ob. AbdomenBecken SchädelHalsThorax

0,0001

0,001

0,01

0,1

-20 0 20 40 60 80 100Schichtlage z (cm)

Ovarien

Abdomen

Brust

Gehirn

Schilddrüse

ob. AbdomenBecken SchädelHalsThorax

Ovarien Brust Schilddrüse

Becken Kopf

E = DLPw * fmittelE = DLPw * fmittel

Grobe Abschätzung:0,0025 mSv/mGy*cm (Kopf)

fmittel ≅ 0,0050 mSv/mGy*cm (Hals) 0,0175 mSv/mGy*cm (Rumpf)

Themen

• CT & Strahlenexposition

• Dosisbegriffe

• Einflußgrößen• Dosisberechnung

• CT-Umfrage 1999

• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002

Apparative Einflußfaktoren

Rotationszeit FokusStromregelung

Primärkollimation

Fokus-Achs-Abstand

FilterSpannung

Sekundärkollimation(Post-Patient-Kollimation)Detektortyp Scannergeneration

Nutzerabhängige Einflußfaktoren

kV

mAs

Pitch p Schichtdicke h

Objektdicke d

Filterkern FK

Fensterweite W

Scanlänge L

vs.

Dosis

Bildqualität / Rauschen

Einflußgrößen: Spannung U (kV)

Dosis ~ U2.5

140 %100 %40 %Rel. Dosis

140 kV120 kV80 kVSpannung

Dosisausbeute steigt - Rauschen nimmt ab - Kontrast sinkt

Strahlenexposition nimmt mit steigender Spannung zu,wenn nicht gleichzeitg die mAs angepaßt werden !

Empfehlung:• Bei Erhöhung der kV unbedingt auch die mAs anpassen !

Einflußgrößen: Schichtdicke h

h = 4 * 2.5 mmh = 10 mm

• Strahlenexposition identisch ...• ... aber Rauschen steigt an ...• ... doch Kontrast wird besser (Partialvolumeneffekt!)

Empfehlung:• h so groß wie tolerierbar !• mAs bei Verringerung von h nur mäßig anpassen !

Einflußgrößen: Pitch p

Pitch 2Pitch 1

Strahlenexpostion nimmt linear mit p ab / zu !Empfehlung:• p so groß wie tolerierbar, 1< p < 2 !• Scanlänge L so kurz wie möglich !• Achtung: MSCT!

Einflußgrößen: Rekon.-Algorithmus (FK)

Rel. Dosisbedarf60%

Empfehlung:• FK so glättend wie möglich !

Einflußgrößen: Ausblick

• Röhrenstrom-Modulation

• Automatische Stromanpassung an Körperquerschnitt(Sinusförmig oder adaptiv)

• Dosisreduktion 10 - 40% je nach Region

• “Belichtungs”-Automatik

• Automatische mAs-Anpassung an Objektdicke(CARE-Dose, DoseRight, automA, RealEC, …)

Themen

• CT & Strahlenexposition

• Dosisbegriffe

• Einflußgrößen

• Dosisberechnung• CT-Umfrage 1999

• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002

Dosisberechnungen

CTDIvol

DLPCTDIW

Effektive Dosis

Wie geht das ?

Berechnung: von mAs zur Effektivdosis

Faktor Rechengang Ergebnis Beispiel

1. Röhrenstrom I 120 mA2. Abtastzeit • t • 1,5 s

= Q mAs-Produkt = 180 mA·s3. Normierter CTDI frei Luft • nCTDIL • 0,20 mGy/mA·s4. 1. Spannungskorrektur • kU,1 • (140/120)2

= CTDIL Achsendosis frei Luft = 49 mGy5. Schichtdicke • h • 0,7 cm6. Anzahl Schichten • n • 30

= DLPL Dosislängenprodukt = 1029 mGy·cm7. Konversionsfaktor • fmittel • 0,01 mSv/mGy·cm8. Gerätekorrekturfaktor • kCT • 0,89. 2. Spannungskorrektur • kU,2 • (140/120)0,5

= E Effektive Dosis = 8,9 mSv

Faktor Rechengang Ergebnis Beispiel

1. Röhrenstrom I 120 mA2. Abtastzeit • t • 1,5 s

= Q mAs-Produkt = 180 mA·s3. Normierter CTDI frei Luft • nCTDIL • 0,20 mGy/mA·s4. 1. Spannungskorrektur • kU,1 • (140/120)2

= CTDIL Achsendosis frei Luft = 49 mGy5. Schichtdicke • h • 0,7 cm6. Anzahl Schichten • n • 30

= DLPL Dosislängenprodukt = 1029 mGy·cm7. Konversionsfaktor • fmittel • 0,01 mSv/mGy·cm8. Gerätekorrekturfaktor • kCT • 0,89. 2. Spannungskorrektur • kU,2 • (140/120)0,5

= E Effektive Dosis = 8,9 mSv

Von der ’Dosis’ (mAs) zur effektiven Dosis

CT-Dosissoftware CT-Expo

1

2 3

Basis: MS-Excel (ab 97 )

CT-Dosissoftware CT-Expo4

5

6

Themen

• CT & Strahlenexposition

• Dosisbegriffe

• Einflußgrößen

• Dosisberechnung

• CT-Umfrage 1999• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002

Frequently Asked Questions• Typische CT-Dosis heute?• Unterschiede von Anwender zu

Anwender?• Wie stark ist der Einfluß von

- Gerätemarke?- Gerätetyp?- Gerätealter?- Anwenderbereich?

• Befolgung von Empfehlungen und Grenzwerten?

• Vergleich mit früheren Erhebungen

- Dosiszunahme?- Dosisabnahme?

• Trends?

• Rücklaufquote ca. 50%• Auswertbar: 830 Fragebögen• Präsentation: Röntgenkongreß

2000 (Vortrag, Poster)• Publikation: RöFo Aug./Sept. 2000

(Kurzfassung)• Feedbackaktion für alle Teilnehmer:

Jan. 2001• Ausführlicher Report:

In RöFo Okt. 2001• MSCT-Umfrage 2002• Report für European Radiology in

Vorbereitung.

Dosiswerte: Effektive Dosis

0

5

10

15

20

25

GS/

NN

H

HW

S

HS

GS/

H

LWS PG ATH

THO

AAB BS BE

LE/N

I

ABD

BE TST

Alle

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

dosi

s (m

Sv)

pro Seriepro Unters.

0

5

10

15

20

25

GS/

NN

H

HW

S

HS

GS/

H

LWS PG ATH

THO

AAB BS BE

LE/N

I

ABD

BE TST

Alle

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

dosi

s (m

Sv)

pro Seriepro Unters.

0

5

10

15

20

25

GS/

NN

H

HW

S

HS

GS/

H

LWS PG ATH

THO

AAB BS BE

LE/N

I

ABD

BE TST

Alle

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

dosi

s (m

Sv)

pro Seriepro Unters.

Natürliche Strahlenexposition (2,4 mSv/a)

Effektive Dosis pro Untersuchung im Mittel bei 8 mSv (3,5-fache Jahresdosis)

Einflußfaktor Gerätemarke

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

A B C D E F

Gerätemarke

Rel

ativ

e D

osis

CTDILCTDIwE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

A B C D E F

Gerätemarke

Rel

ativ

e D

osis

CTDILCTDIwE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

A B C D E F

Gerätemarke

Rel

ativ

e D

osis

CTDILCTDIwE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

A B C D E F

Gerätemarke

Rel

ativ

e D

osis

CTDILCTDIwE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

A B C D E F

Gerätemarke

Rel

ativ

e D

osis

CTDILCTDIwE

+/- 13%

Achsendosis frei Luft als Vergleichsmaßstab ungeeignet !Unterschiede zwischen den Fabrikaten kleiner als Ungenauigkeit der Angaben.

Vergleich mit BfS-Daten (’90-’92)

Effektive Dosis pro Untersuchung

0

10

20

30

40

Kopf Thorax Abd. WS Mittel

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

e D

osis

(mSv

)

BfS '90-92

DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)

DRG/ZVEI '99

0

10

20

30

40

Kopf Thorax Abd. WS Mittel

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

e D

osis

(mSv

)

BfS '90-92

DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)

DRG/ZVEI '99

0

10

20

30

40

Kopf Thorax Abd. WS Mittel

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

e D

osis

(mSv

)

BfS '90-92

DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)

DRG/ZVEI '99

0

10

20

30

40

Kopf Thorax Abd. WS Mittel

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

e D

osis

(mSv

)

BfS '90-92

DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)

DRG/ZVEI '99

0

10

20

30

40

Kopf Thorax Abd. WS Mittel

Untersuchungsregion

Effe

ktiv

e D

osis

(mSv

)

BfS '90-92

DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)

DRG/ZVEI '99

0

20

40

60

80

100

Kopf Tho. Abd. WS Ges.

Untersuchungsregion

Unt

ers.

p.a

. pro

100

0 Ei

nw. BfS '90-92

DRG/ZVEI '99

0

20

40

60

80

100

Kopf Tho. Abd. WS Ges.

Untersuchungsregion

Unt

ers.

p.a

. pro

100

0 Ei

nw. BfS '90-92

DRG/ZVEI '99

Untersuchungsfrequenz

0

20

40

60

80

100

Kopf Tho. Abd. WS Ges.

Untersuchungsregion

Unt

ers.

p.a

. pro

100

0 Ei

nw. BfS '90-92

DRG/ZVEI '99

Rückgang um 30% Zunahme um 60%

CT-Anteil an der Kollektivdosis jetzt bei ca. 40%

Parenchymdosis Mamma

2,5

21,3

3,2

31

05

101520253035mSv

Mammographie CT-Thorax CT-Low DoseThorax

CT-Coronarangio

Themen

• CT & Strahlenexposition

• Dosisbegriffe

• Einflußgrößen

• Dosisberechnung

• CT-Umfrage ’99

• Besonderheiten Mehrschicht-CT

MSCT: Pitchdefinition

Volumen-Pitch p’ Pitch p

p' =TischvorschubSchichtdicke

p =Tischvorschub

N ⋅ Schichtdicke

• Kleine Zahlen (0,5 bis 2)• Traditionelle Definition• Neutralwert: p = 1• Marconi, Philips• Dosisrelevant• Normgerecht (IEC)• Universelle Größe.

• Große Zahlen (2 bis 16)• Maß für Volumenerfassung• Neutralwert: p’ = N• GE, Siemens, Toshiba• Hochgradig irreführend• Nicht normgerecht (IEC)• Ohne Zukunft (p’ = 32 ?).

MSCT: Geometrische Effizienz

• Septen im Detektor-Array verringern die geometrischeEffizienz.

• Mehrzeilen -Detektoren: typischerweise 70%

• Einzeilen -Detektoren:typischerweise 85%

MSCT: Overbeaming (dicke Schichten)

Gründe:• Halbschatten (Penumbra)

Endliche Fokusgröße• Fokus Drift• sobald N > 2

Umbra

Zusätzl. Exposition

Lösungen:• „focal spot tracking“• N ∞

14

4 x 2,5 mm

MSCT: OverscanningJe eine Rotation am Anfang und am Ende für die Interpolation.

Single-Slice

Multi-Slice

MSCT: Overscanning (Vor- und Nachlauf)

Scanbereich 60 mm, Kollimation 5 mm, Pitch 1.

Spiralzusatz 51mm

111 mm

Vierzeiler4 x 5 mm

60 mm

‚Overscanning‘:• erhöht die Dosis für den Patienten• trägt nicht zur Bildgebung bei• ist größer je höher N und je kürzer die Scanlänge

Z60 mm

Spiralzusatz 11 mm

Einzeiler1 x 5 mm 71 mm

MSCT: Die neue Dimension

Siemens 24 Detektorzeilen

16 * 0.75 mm Schichten

16 * 1.5 mm SchichtenBreite 24 mm am Isozentrum

hochauflösend 2 * 0,6 mm

MSCT: Umfrage 2002

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

AbdB Thorax BS

Effe

kt. D

osis

[mSv

]

MSCTSSCT (modern)

Vergleich mit modernen Einzeilern (nicht älter als 4 Jahre) zeigt eine um ca. 25 bis 30 % höhere effektive Dosis.

MSCT vs. SSCT

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

ESCT (alle) MSCT (alle) Dual Quad ESCT (modern)

Scannerkategorie

Dos

is (r

el.)

CTDIw,effDLP pro Unters.

* 1.8

• Zweizeiler oder Twins: Akzeptable Dosiswerte aber... • ... neuere Geräte werden wie 4-Zeiler genutzt• 4-Zeiler: DLP etwa 2 mal so hoch wie bei modernen Einzeilern.

Gründe: Schichtkollimation/Dicke

0.0

5.0

10.0

Type of Examination

Quad (collimated)

0.0

5.0

10.0

Type of Examination

Quad (collimated)

0.0

5.0

10.0

Type of Examination

Quad (collimated)Quad (reconstructed)

0.0

5.0

10.0

Type of Examination

Quad (collimated)Quad (reconstructed)SSCT

6.4 mm

4.4 mm

2.4 mm

• Schichtdicke bei 4-Zeilern signifikannt kleiner gegenüber Einzeilern• Erhöhte Dosis um das erhöhte Rauschen zu kompensieren• Verbesserten Kontrast durch reduzierten Partialvolumeneffekt nicht berücksichtigt.

Screening: Vergleich effektive Dosis

9 - 10 mSv

11 mSv

3 - 6 mSv

Standard-CT

0,7 - 1,3 mSvCa – Scoring

1,6 mSvKolon

0,3 - 0,9 mSvThorax

Screening-CTVerfahren

Thorax 2E0,1 mSv

Kolon KE4,7 mSv

Koronarangio.40 mSv

Herausforderung MSCT

• Bevorzugung dünner Schichten (‚Isotrope Voxel’)

• Dünne Schichten = verstärktes ‚Overbeaming‘

• Dünne Schichten = erhöhtes Rauschen

• Mehr Schichten = erhöhtes ‚Overscanning‘

• Verbesserung des Schichtprofils bei Pitcherhöhung

• Pitcherhöhung daher nicht mehr dosisreduzierend

• Trend: MSCT = signifikant höhere Dosis

• Abhilfe: Schichtaddition (MPVR).

‚Tipps und Tricks‘

Demoversion: http://www.mh-hannover.de/kliniken/radiologie/str_04.html

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Resumée

• CT heißt: deutlich erhöhte Strahlenexposition

• Modalität deswegen im Kreuzfeuer der Kritik

• Größtenteils abhängig von der Handhabung

• Aktionen zur Dosisreduzierung eingeleitet bzw. bereits realisiert

• Solide Kenntnisse (Dosisbegriffe und -zusammenhänge) unabdingbar

• Geeignete Hilfsmittel (Literatur, Dosissoftware) verfügbar

• MSCT erfordert gesteigerte Aufmerksamkeit.