Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Dosisreduktion auf die Bildqualität der Cone-Beam CT-Option mobiler Röntgen C-Bögen

Abstract

Zunehmend hat sich, speziell im Rahmen knöcherner Rekonstruktionen, die intraoperative Schnittbildgebung durch mobile Röntgen C-Bögen mit Cone-Beam CT-Option (= CBCT-C-Bögen) etabliert. Die damit einhergehende deutlich höhere Strahlendosis für einen intraoperativen 3D-Scan im Vergleich zu einzelnen klassischen 2D-Durchleuchtungsbildern wirft die Frage auf, ob bei der Erstellung von intraoperativen 3D-Scans Strahlendosis eingespart werden kann, ohne dabei jedoch wesentlich an Bildqualität zu verlieren. Eine Möglichkeit zur Reduktion der Strahlendosis bei CBCT-C-Bögen besteht darin, ein solches Gerät im Niedrigdosismodus anstelle des Hochdosismodus zu betreiben. In dieser Arbeit wurden Aufnahmen von chirurgisch wichtigen knöchernen Strukturen im Bereich von Becken und Mittelgesicht an zwei bzw. drei humanen Leichenpräparaten erstellt, wobei zwei Geräte (Fa. Siemens bzw. Ziehm) mit insgesamt sechs unterschiedlich dosisintensiven Aufnahmemodi zum Einsatz kamen. Die Bewertung der Abgrenzbarkeit bzw. Darstellung der ausgewählten Strukturen erfolgte als subjektives Auswertungsverfahren anhand eines fünfstufigen definierten Scores im Rahmen einer verblindeten und randomisierten Studie durch fünf (Becken) bzw. sieben (Mittelgesicht) unabhängige Auswerter. Ergänzend wurde mit einem Prüfkörper (Catphan 600) das Signal-Rausch-Verhältnis (= SRV) derselben Aufnahmemodi an Einsätzen mit unterschiedlichen Schwächungseigenschaften gemessen. Das subjektive Auswertungsverfahren ergab, dass für die meisten ausgewählten Strukturen ein deutliches Dosiseinsparungspotential am Ziehm Vision Vario 3D und für einzelne Strukturen auch am Siemens Arcadis Orbic 3D besteht. Das SRV hingegen zeigte durchgängig bessere Werte für die jeweils dosisintensiveren Aufnahmemodi an beiden Geräten; die Bedeutung dieses rein physikalischen Messwertes muss allerdings hinter das subjektive Auswertungsverfahren zurückgestellt werden. Die Arbeit kommt damit zu dem Schluss, dass jeder Anwender eines CBCT-C-Bogens von vornherein auch Erfahrungen mit den jeweiligen Niedrigdosismodi im Sinne des radiologischen ALARA („as low as reasonably achievable“)-Prinzips sammeln sollte, anstatt sich ausschließlich den qualitativ meist nur wenig besseren Hochdosismodi zuzuwenden.

Increasingly, 3D-imaging within the operating theatre by using mobile X-ray C-arms with Cone-beam CT-option (= CBCT-C-arms) has been establishing, especially when performing bone reconstructions. Consecutive significant higher radiation dose for intraoperative 3D-scans in comparison to conventional singular 2D-images raises the question of how to reduce radiation dose concerning intraoperative 3D-imaging without simultaneously decreasing image quality. Diminishing radiation dose on CBCT-C-arms can easily be achieved by application of low-dose imaging modes instead of high-dose imaging modes. This study is based on 3D-imaging series of surgically important bone structures from both pelvis and midface region of two respectively three human cadavers, gained by two different CBCT-C-arms (Siemens Arcadis Orbic 3D respectively Ziehm Vision Vario 3D) using six imaging modes in total, differing in their prevailing radiation dose. Subjective evaluation concerning identifiability alternatively depiction of these bone structures was accomplished by five (pelvis region) respectively seven (midface region) raters independently according to a five-step rating scale within a blinded and randomized setting. Additionally, the signal-to-noise ratio (= SNR) of the same six imaging modes was measured by the use of a test specimen (Catphan 600) containing inlays with different radiation attenuation. The subjective evaluation showed that there is a marked capability of dose reduction for most of the bone structures concerning Ziehm Vision Vario 3D and - with some more reservations - concerning Siemens Arcadis Orbic 3D as well. In contrast, SNR resulted in better values on both CBCT-C-arms when high-dose imaging modes were applied; however, results concerning the SNR as a mere physical parameter are gaining less weight in comparison to the subjective evaluation. The study concludes that every user of a CBCT-C-arm should gain his/her own experience with low-dose imaging modes from the outset regarding the ALARA (“as low as reasonably achievable”)-principle of radiology, instead of exclusively turning towards high-dose imaging modes which often provide just marginally better image quality.