title: Analyse des Einflusses der Dosisreduktion auf die Bildqualität in der Darstellung der Nase und Nasennebenhöhlen in der täglichen Routine
title: Analysis of dose reduction effects on the image quality of visual CBCT representations of the nose and paranasal sinuses in the daily routine
Creators: name: Leicht, Julia
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Bildgebung, Nasen- und Nasennebenhöhlen
Dosis-Reduktion
Nasen- und Nasennebenhöhlen, Schnittbildqualität
Bildgebung
Digitale-Volumen-Tomographie, Dosis-Reduktion
Digitale-Volumen-Tomographie
Schnittbildqualität, Röhreneistellungsparameter
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Röhreneistellungsparameter

description: Die Digitale Volumentomografie
      (DVT) hat im letzten Jahrzehnt erheblich an Bedeutung
      gewonnen. Neben der CT stellt sie heute die wichtigste
      bildgebende Methode der präoperativen Diagnostik und
      Verlaufskontrolle dar. Sie wird angewandt, um Aufschluss über
      die Anatomie der Nase und Nasennebenhöhlen (NNH), der
      vorderen Schädelgrube, der Laterobasis, des Temporalknochens
      und der Gehörknöchelchen zu geben und dementsprechend
      mögliche intraoperative Risiken zu minimieren (Stuck et al.
      2012, Bremke et al. 2009a, Kontorinis et al. 2011, Kontorinis
      et al. 2012). Die seit dem Jahr 1998 stetig weiterentwickelte
      DVT-Technologie erfasst anders als die CT eine zu
      untersuchende Region in nur einem Umlauf (Schwenzer and
      Ehrenfeld 2010) und ermöglicht mittels geringer Schichtdicke
      von bis zu 0,125 mm eine gute Raumdarstellung (CV Dalchow et
      al. 2006). Aus den zylindrischen Volumen der Bilddatensätze
      lassen sich Schnittbilder der drei verschiedenen orthogonalen
      Ebenencoronar, sagittal und axial - rekonstruieren sowie
      kleinste knöcherne Strukturen darstellen (Pasler 2008). Nach
      der Leitlinie des Strahlenschutzes sowie der
      Röntgenverordnung muss jede Durchführung einer Bildgebung
      stets mit der kleinstmöglichen Strahlendosis und zugleich
      suffizienten Bildqualität nach dem ALARA-Prinzip erfolgen
      (Strahlenschutz 2008). Um diesen Vorschriften gerecht zu
      werden, wurden in einer vorangegangenen Studie bereits
      entsprechende DVT-Untersuchungen an einem Phantomschädel
      sowie an drei humanen Ganzkopfpräparaten durchgeführt. Für
      die NNH konnte ein Optimierungsbereich von 2,0 - 3,0 mGy
      applizierter Strahlendosis und für das Felsenbein von 3,0 -
      4,0 mGy als optimal ermittelt werden (Bitterwolf et al.
      2013). Zusätzlich wurde in weiteren Untersuchungen
      nachgewiesen, dass durch Änderung des Rotationswinkels von
      360° zu 180° eine Dosisreduktion von 50 % möglich ist und bei
      niedriger Strahlenexposition die Bildqualität dennoch
      ausreichend bleibt. Auf Basis dieser Untersuchungen wurden
      daher die Einstellungen der DVT-Röhrenparameter von „4 mA; 84
      kV; 180°; ! CTDI = 2,4mGy“ für den klinischen Alltag neu
      festgelegt (Güldner et al. 2012a). Allerdings konnte bisher
      der Zusammenhang zwischen dem idealen Verhältnis von
      minimaler Strahlendosis und bestmöglicher Bildqualität
      mittels DVT nicht abschließend geklärt werden, da
      Serienuntersuchungen mit Verwendung von Röntgenstrahlung an
      lebenden Patienten aus ethischen und strahlenrechtlichen
      Vorschriften nicht zulässig sind (Bitterwolf et al. 2013).
      Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Bildqualität
      von 165 Bilddatensätzen (i.F. Gruppe 1), aufgenommen mit den
      bisherigen Standardeinstellungen der DVTRöhrenparameter
      (Durchschnittswerte: 5 mA; 88 kV; 360°; ! CTDI 6,6 mGy), mit
      der Bildqualität von 151 Bilddatensätzen (i.F. Gruppe 2),
      nach den neu festgelegten Standardeinstellungen
      (Durchschnittswerte: 4 mA; 85 kV; 180°; !CTDI 2,9 mGy) für
      die Anwendung im klinischen Alltag zu untersuchen,
      entsprechend zu bewerten und eine Äquivalenz der
      Beurteilbarkeit trotz Dosisunterschied zu beweisen. Somit
      soll eine wissenschaftliche Grundlage für die Praxisanwendung
      der dosisoptimierten Protokolle der DVT geschaffen werden.
      Die Qualität der Bilddatensätze beider Gruppen wurde anhand
      von 17 (davon 16 paarig angelegten) anatomischen Strukturen,
      welche wichtige chirurgische Landmarken darstellen,
      analysiert und entsprechenden Notenkategorien zugeordnet. Die
      Bewertung erfolgte nach dem Schulnotenprinzip: Note 1 - sehr
      gut beurteilbar; Note 2 - gut beurteilbar; Note 3 - schlecht
      beurteilbar; Note 4 - Beurteilung nicht möglich. Die
      Aufsummierung dieser Notenwerte ergab einen Mittelwert-gesamt
      von 33 Punkten für die bestmöglichste Bildqualität (Note 1)
      und einen Mittelwert-gesamt von 132 Punkten für die
      schlechtmöglichste Bildqualität (Note 4). Um einen denkbaren
      Einfluss von Pathologien der Nase und NNH auf die
      Bildqualität feststellen zu können, wurden die Bilddatensätze
      zusätzlich nach dem Lund-Mackay Score bewertet. Diese
      Kategorisierung richtet sich nach dem Maß der radiologischen
      Verschattung. Infolge dieser Untersuchungen konnte ein
      signifikanter Unterschied (p 0,001) in der Beurteilung der
      anatomischen Strukturen zwischen Gruppe 1 und Gruppe 2
      festgestellt werden. Entgegen den Erwartungen zeigen die
      Ergebnisse eine bessere Bildqualität mit den neu festgelegten
      DVT-Röhrenparametern. Das kann auf den Einfluss von vermehrt
      auftretenden Artefakten bei einer höheren Strahlendosis
      zurückgeführt werden. Zudem wurde der Rotationswinkels von
      360° auf 180° und damit die Aufnahmezeit um 8,5 sec.
      reduziert. Daraus folgt, dass sich bei Gruppe 1 durch
      vermehrt auftretende Bewegungsartefakte die Bildqualität
      verschlechtert. Die anatomischen Strukturen wurden sowohl in
      Gruppe 1 als auch in Gruppe 2 stets sehr gut bis gut
      dargestellt. Zusätzlich wurde eine gering negative
      Korrelation (r = 0,382) der Pathologien der NNH auf die
      Bildqualität nachgewiesen. Die Auswertung der Ergebnisse
      weist eine ausreichend wissenschaftlich überprüfte Grundlage
      für die Praxisanwendung der dosisoptimierten Protokolle der
      DVT nach. Demzufolge sind die neuen Standardeinstellungen der
      DVT-Röhrenparameter weiterhin zu empfehlen und analog dem
      ALARA-Prinzip in der Praxis anzuwenden. Über die Ergebnisse
      dieser Arbeit hinaus liegen jedoch derzeit noch keine
      diagnostischen Referenzwerte für die applizierte
      Strahlendosis der DVT vor (i.d.R. jährlich herausgegeben
      durch das Bundesamt für Strahlenschutz). Um entsprechende
      Referenzwerte zu entwickeln und optimal anzupassen, sollten
      in der Zukunft in diesem Bereich weitere Studien durchgeführt
      werden.
description: During the last decade Digital
      Volume Tomography has become increasingly important. Along
      with CT it is the most relevant imaging technique concerning
      preoperative and follow-up diagnostics evaluation. It is used
      to provide information about the anatomy of the nose, the
      paranasal sinuses, the anterior and lateral skull base, the
      temporal bone and the ossicles and thereby to minimize
      intraoperative risks (Stuck et al. 2012, Bremke et al. 2009a,
      Kontorinis et al. 2011, Kontorinis et al. 2012). DVT, which
      has been constantly developed since 1998, needs in comparison
      to the technique of CT just one rotation around the region of
      interest for imaging (Schwenzer and Ehrenfeld 2010) and it
      enables a good spatial representation with a layer thickness
      of up to 0,125 mm (CV Dalchow et al. 2006). Out of specific
      cylindrical volumes it is possible to generate section images
      of the coronar-, sagittal- und axial-sections and also it is
      possible to visualize smallest anatomical structures (Pasler
      2008). Regarding to the guiding principles of the radiation
      protection and to the official German X-Ray Regulation every
      single examination has to be performed with the smallest
      amount of radiation dosage and simultaneously with the best
      image quality (ALARA principle) (Strahlenschutz 2008). In
      order to comply with these principles, previous studies with
      DVT were implemented on a phantom scull as well as on three
      deep frozen human complete heads. An optimal range of the
      dosage for evaluation of the paranasal sinuses of 2.0 to 3.0
      mGy was found and for the petrous bone from 3.0 to 4.0 mGy
      (Bitterwolf et al. 2013). Further examination showed that a
      dose reduction of 50 % is possible by changing the rotation
      angle from 360° to 180° maintaining the quality of imaging.
      Based on these findings standard settings were implemented at
      „4 mA; 84 kV; 180°; ! CTDI 2.4 mGy“ for daily clinical
      practice (Güldner et al. 2012a). Since ethical requirements
      and rules of radiation protection do not allow a series of
      comparative examinations on living human beings, the ideal
      relation between minimal dosage and best imaging quality has
      not yet been confirmed. Caused by that issue this study was
      carried out. There for the quality of 165 sectional images -
      using the previous standard DVT settings (average values: 5m
      A; 88 kV; 360°; ! CTDI 6.6 mGy) were taken, evaluated and
      compared with the quality of 151 sectional images - using the
      new defined standard DVT settings (average values: 4 mA; 85
      kV; 180°; ! CTDI 2.9 mGy). The results should provide a
      scientific basis for dosage optimized DVT protocols
      applicable at the everyday practice. The image quality of
      both groups was analysed by the evaluation of 17 important
      surgical anatomic structures (16 of them were two paired
      structures). According to the recognizable visibility, a
      special score was assigned, which was based on a German
      school performance grading system: 1 - Excellent, 2 - well, 3
      - poor, 4 - not evaluable. The summation of the grades can
      lead to a possible score of 33 for best image quality (grade
      1) or a score of 132 for the worst quality (grade 4). To find
      out a possible influence of pathologies of the nose and
      paranasal sinuses to the image quality, the images were
      analysed using the Lund-Mackay score. This classification
      followed the extents of radiological shade level. The results
      of this examination showed a significant difference (p 0.001)
      of the image quality of anatomical structures between the two
      groups. Contrary to the expected results, the investigation
      showed even a better image quality by using the new defined
      settings of the DVT. This could be caused by the influence of
      more artefacts when using higher dosages. All anatomical
      structures in group 1 as well in group 2 were always
      excellent or well visible. In addition a positive correlation
      (r = 0.382) between pathologies of the paranasal sinuses and
      image quality could be shown. The evaluation of the results
      establishes a sufficient scientific proven basis for using
      dosage-optimized protocols of DVT in daily practice. That is
      why the newly defined settings of DVT are still recommendable
      and should be used in daily practice in accordance to the
      ALARA principle. In addition to these results there are no
      reference values for the applied radiation dosage by using
      DVT (normally given by the „Bundesamt für Strahlenschutz”
      once a year). Further research is required, to generate these
      reference settings and to optimize them in order to get the
      radiation exposure as low as possible while the picture
      quality will stay sufficient.