Vergleich der Bildqualität von hochauflösenden Felsenbein

Aus dem Institut für diagnostische Radiologie
der
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Direktor: Prof. Dr. med. M. Uder
Vergleich der Bildqualität von hochauflösenden FelsenbeinAufnahmen mit unterschiedlichen CT-Untersuchungstechniken
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung der Doktorwürde
der Medizinischen Fakultät
der
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
vorgelegt von
Sebastian Eberle
aus
Landshut
Gedruckt mit Erlaubnis der
Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Dekan:
Prof. Dr. med. Dr. h.c. Jürgen Schüttler
Referent:
PD Dr. med. Michael Lell
Korreferent:
Prof. Dr. med. Michael Uder
Tag der mündlichen Prüfung:
04.08.2011
Für meine Eltern, die mir die Ausbildung ermöglicht haben
und mich stets unterstützt haben.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Zusammenfassung deutsch
1
Zusammenfassung englisch
3
1. Einleitung
1.1.
Computertomographie des Felsenbeins
5
1.2.
Zielsetzung
7
2. Material und Methoden
2.1.
Spiral-CT-Grundlagen
8
2.2.
Dosisgrößen in der CT
11
2.3.
Technische Daten
13
2.4.
Patientenkollektiv
15
2.5.
Datenerhebung
15
2.6.
Auswertung und Statistik
17
3. Ergebnisse
3.1.
Interrater-Reabilität
19
3.2.
Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test
22
3.3.
Dosis
26
4. Diskussion
28
5. Abbildungen
38
6. Literaturverzeichnis
49
7. Anhang
7.1.
Tabellenverzeichnis
53
7.2.
Abbildungsverzeichnis
54
7.3.
Danksagung
56
1
Zusammenfassung
1. Hintergrund und Ziele
Die hochauflösende Spiral-Computertomographie gehört zu den etablierten Verfahren
bei der radiologischen Darstellung der Felsenbeinregion. Die sehr feine Anatomie der
Strukturen im Felsenbein stellt höchste Anforderungen an die räumliche Auflösung und
die Bildqualität der CT-Aufnahmen. Nur so können pathologische Veränderungen
erkannt und richtig bewertet werden.
Ziel dieser Studie war es, die Bildqualität von CT-Aufnahmen im standardmäßigen
Spiral-CT-Modus mit Aufnahmen im Singleshot-Modus zu vergleichen und zu
beurteilen, inwieweit die Singleshotsequenz mit deutlich kürzerer Akquisitionszeit und
reduzierter Strahlenbelastung aussagekräftige CT-Aufnahmen liefert.
2. Methoden
Bei 27 Patienten (54 Felsenbeine) wurde je eine Spiral-CT-Aufnahme und eine
Singleshot-Aufnahme (Datenakquisition erfolgt innerhalb einer einzigen Rotation) des
Felsenbeins angefertigt. Die Bewertung der Bildqualität erfolgte anhand von 38
anatomischen Strukturen, die von 2 Auswertern gemeinsam beurteilt wurden. Mittels
einer Skala von 1-3 (1 aufgrund der schlechten Bildqualität nicht abgrenzbar, 3 sicher
abgrenzbar und gut beurteilbar) wurde die Abgrenzbarkeit der Strukturen bewertet. Die
Unterschiede in der Bildqualität der beiden CT-Verfahren wurden mit dem WilcoxonVorzeichen-Rang-Test berechnet. Die Felsenbein-Aufnahmen von 7 Patienten wurden
zusätzlich von beiden Auswertern getrennt und unabhängig voneinander bewertet. Aus
diesen Daten wurde der Kappa-Wert zur Abschätzung der Interobserver-Variabilität der
beiden Auswerter berechnet.
3. Ergebnisse und Beobachtungen
Der Vergleich der Bildqualität der beiden Untersuchungsverfahren (Spiral-CT- und
Singleshot-CT-Aufnahme) ergab keinen signifikanten Unterschied (p=0,06). Lediglich
bei 2 anatomischen Strukturen (dem Ligamentum mallei laterale und der
Knochenlamelle zwischen der mittleren und oberen Schneckenwindung) konnte ein
signifikanter Unterschied gefunden werden. Die Spiral-CT-Aufnahme war der
Singleshotsequenz nur bei der Beurteilung des Ligamentum mallei laterale überlegen.
Die Überprüfung der Interobserver-Variabilität zwischen den beiden Auswertern ergab
einen Kappa-Wert von 0,79 bei einer prozentualen Übereinstimmung von 86%.
2
4. Praktische Schlussfolgerungen
Diese Studie hat gezeigt, dass Spiral-CT-Aufnahmen und Singleshot-CT-Aufnahmen
des Felsenbeins bei einer Auswertung mit einer Schichtdicke von 0,8 mm keinen
signifikanten Unterschied in der Aussagekraft aufweisen.
Nur bei 2 der 38 beurteilten anatomischen Strukturen konnte ein signifikanter
Unterschied gefunden werden und nur eine der Strukturen konnte mit der Spiral-CTTechnik besser dargestellt werden. Durch eine verkürzte Untersuchungsdauer und
eine deutlich verringerte Strahlendosis hat die Singleshot-CT-Aufnahme zwei große
Vorteile gegenüber der Spiral-CT-Aufnahme.
3
Summary
1. Background
High resolution helical CT is one of the most established procedures in temporal bone
imaging. The delicate anatomy of the structures in the temporal bone poses highest
demands to spatial resolution and image quality to detect and correctly classify
pathologic changes. The objective of this study was to compare the image quality of
the CT images in the standard helical CT mode with the images in the singleshot mode
and to assess whether the singleshot sequence, with much shorter acquisition time and
reduced radiation exposure, delivers comparable diagnostic CT images.
2. Methods
27 patients (54 temporal bones) underwent both helical CT- and singleshot scan of the
temporal bone. 38 anatomical structures were assessed in both scan modi in a
consensus reading by two readers. A 3-point scale (1 - due to poor image quality the
structure cannot be delimited, not diagnostic, 3 - confidently delimited, well assessable)
was used to assess the delineation of these structures. The difference in the image
quality of both CT procedures was calculated with the Wilcoxon Signed-Rank Test. To
evaluate interobserver agreement, additionally the temporal bone images of 7 patients
were evaluated by both readers separately and independently.
3. Results
The comparison of image quality of both examination modes (helical CT and singleshot
CT) showed no significant difference (p=0.06). A significant difference could only be
found by 2 anatomical structures (lateral malleal ligament and the bone lamellae
between the apical and the middle turn of the cochlea). The helical CT image was
superior to the singleshot sequence only in the assessment of the lateral malleal
ligament.
Interrater agreement was substantial (kappa=0.79), with a percentage agreement of
86%.
4. Conclusions
This study showed that there is no significant difference in the assessment of the
internal structures of the temporal bone between helical CT images and singleshot CT
images, when evaluated with a slice thickness of 0.8 mm.
4
Only 2 of the 38 assessed anatomical structures showed a significant difference and
only one of the structures was depicted better with the helical CT technique. Moreover,
the advantage of the singleshot-CT examination is the reduced acquisition time and a
significantly lower radiation dose.
5
1. Einleitung
1.1. Computertomographie des Felsenbeins
Die hochauflösende Computertomographie gehört zu den etablierten Verfahren bei der
Darstellung des Felsenbeins. [10,24,27,28,36]
Neben einer hohen Auflösung in der axialen Ebene erfordert die Darstellung der
normalen Anatomie, der anatomischen Normvarianten und der pathologischen
Veränderungen auch eine hohe Auflösung in der z-Achse (Körperlängsachse).
Besonders
die
feinen
anatomischen
Strukturen
des
Mittelohres
mit
den
Gehörknöchelchen und des Innenohres mit der Cochlea, dem Gleichgewichtsorgan
samt Bogengängen sowie der Verlauf des N. Facialis und des N. Vestibulocochlearis
im Schläfenbein stellen höchste Anforderungen an die radiologische Bildgebung.
Lange Zeit waren axial und coronal akquirierte Schichten mittels konventionellem CT
die Methode der Wahl zur Darstellung des Felsenbeins.
Mit der Einführung des Mehrzeilen-Spiral-CT wurde die Auflösung entlang der z-Achse
verbessert, so dass auch axial aufgenommene und aus diesem Datensatz coronal
rekonstruierte Bilder für die Beurteilung herangezogen werden konnten. [10,27,49]
Caldemeyer et al. (1999) [10] zeigte, dass axiale Spiral-CT-Aufnahmen (Dual-Slice) mit
einer Schichtdicke von 0,5 mm und daraus rekonstruierte coronale Schichten mit einer
Dicke von 0,5 mm den konventionellen Aufnahmen, die axial und coronal mit einer
Schichtdicke von 1 mm akquiriert wurden, überlegen sind.
Neben einer besseren Bildqualität zeichnet sich die Mehrzeilen-Spiral-CT-Aufnahme
des Felsenbeins durch eine kürzere Untersuchungszeit und eine reduzierte
Strahlenexpostion aufgrund nur eines einzelnen Scanvorgangs aus. Diese Vorteile
konnten auch bei dem Vergleich von Spiral-CT-Aufnahmen des Felsenbeins in Einzelund Mehrschichttechnik festgestellt werden. [24] Auch hier war die Bildqualität der
Mehrschicht-Spiral-CT-Aufnahmen (axial aufgenommen, coronal rekonstruiert) besser
als
die
der Einzeiler-Spiral-CT-Aufnahmen
(sowohl
axial
als auch
coronal
aufgenommen).
Für die Akquirierung von coronalen Schichten ist eine Kippung der Gantry erforderlich,
außerdem müssen die Patienten speziell gelagert werden. Besonders für viele ältere
Patienten ist diese Hyperextensionslagerung des Kopfes nur schwer oder gar nicht
durchführbar.
Durch die Verwendung von coronal rekonstruierten Schichten aus axialen MultisliceCT-Aufnahmen kann dieser zweite coronale Scanvorgang entfallen, der Patient
bequem gelagert und die Strahlenexposition reduziert werden.
Bei aktuellen CT-Geräten können coronare oder sagittale Schichten ohne den Umweg
einer multiplanaren Reformation aus dünnen axialen Schichten auch direkt aus dem
6
Rohdatensatz rekonstruiert werden. Dadurch lässt sich die Bildqualität noch weiter
erhöhen.
Die durch radiologische Diagnostik verursachte, durchschnittliche effektive Dosis liegt
nach einer Erhebung des Bundesamtes für Strahlenschutz für das Jahr 2005 bei 1,8
mSv pro Einwohner. Sie ist in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. [7]
Hauptursache dafür ist die rasante technische Entwicklung der Computertomographie
und die sich daraus ergebenden vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Die Häufigkeit von
CT-Untersuchungen hat in allen europäischen Ländern in den vergangenen Jahren
zugenommen. [8] In Deutschland ist die Anzahl der Untersuchungen von 1996 bis
2005 um fast 80% angestiegen. [7]
Obwohl CT- und Angiographie-Untersuchungen zusammen höchstens mit 10% zur
Gesamthäufigkeit aller Röntgenuntersuchungen beitragen, verursachen sie
aber etwa ¾ der radiologischen effektiven Dosis. [7] Vielfältige Ansätze werden verfolgt
um die Strahlendosis bei CT-Untersuchungen zu verringern.
Für Felsenbein-CT-Aufnahmen konnte Lutz et al. (2007) eine Reduktion der
Strahlenexposition um fast 50% (von 0,61 mSv auf 0,31 mSv) erreichen. [36] In dieser
Studie wurden Felsenbein-Aufnahmen eines 4-Zeilen-CTs (180 mAs, 120 kV,
Schichtdicke 2 x 0,5 mm) mit denen eines 64-Zeilen-CTs (140 mAs, 120 kV,
Schichtdicke 12 x 0,6 mm) verglichen. Der Vergleich ergab für die Aufnahmen mit dem
64-Zeilen-CT eine vertretbare, nur geringgradig schlechtere Bildqualität.
Durch kontinuierliche Weiterentwicklung der Mehrschicht-CT-Technik, vor allem durch
die Zunahme der Detektorreihen können immer mehr Schichten gleichzeitig
aufgenommen und dadurch ein immer größeres Volumen auf einmal erfasst werden.
Derzeit stehen CTs mit bis zu 320 Zeilen zur Verfügung. Standard der bisherigen CTUntersuchungen ist der Spiralmodus. Moderne Geräte sind jedoch in der Lage ganze
Organe oder Organsysteme in einer sogenannten Singleshot-Aufnahme mit einer
einzigen Rotation zu scannen. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei der kardialen
CT angewandt. Dadurch ist es möglich, das gesamte Herz während nur eines
Herzschlages darzustellen. Auf diese Weise erhält man eine homogene Kontrastierung
der Koronargefäße ohne Stufenartefakte und erreicht zusätzlich eine Reduktion der
Strahlenbelastung für den Patienten.
Dieses Singleshot-Verfahren ist auch bei CT-Aufnahmen des Felsenbeins anwendbar.
[1]
7
1.2. Zielsetzung
Ziel dieser Studie ist es, die Bildqualität von CT-Aufnahmen des Felsenbeins, die
mittels Singleshot-Verfahren aufgenommen wurden, zu beurteilen. Zum Vergleich
werden die routinemäßigen Mehrzeilen-Spiral-CT-Aufnahmen herangezogen.
Die Bildqualität soll anhand von kleinen anatomischen Strukturen des Felsenbeins
bewertet werden und die beiden CT-Verfahren zusätzlich hinsichtlich Untersuchungsdauer und Strahlendosis miteinander verglichen werden.
8
2. Material und Methoden
2.1. Spiral-CT-Grundlagen
Die Spiral-CT-Aufnahme erfolgt durch kontinuierliche Abtastung des Patienten,
während sich die Patientenliege mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch die Gantry
bewegt. Durch die kontinuierliche Rotation der Röntgenröhre und der Detektoren um
den Patienten entsteht eine spiralförmige Bahn. [23]
Auf diese Weise entsteht ein Volumendatensatz, der es ermöglicht, Bilder in jeder
beliebigen Position der z-Achse zu rekonstruieren und der auch die Grundlage für
dreidimensionale Bildnachverarbeitungsmethoden bildet. [6]
Abb. 1: Spiral-CT [19]
Bei der Computertomographie durchdringt ein schmaler, kollimierter, fächerförmiger
Röntgenstrahl den Körper und wird auf der anderen Seite von Detektoren erfasst. Hier
erfolgt eine indirekte Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung.
Die Absorption der Strahlen ist dabei abhängig von der Dicke und Dichte des zu
untersuchenden Gewebes und der Energie der Röntgenstrahlung.
Die Strahlenquelle und die Detektoren liegen sich auf einem Ring gegenüber, der sich
in der Gantry um die Körperlängsachse des Patienten dreht.
Während einer Umdrehung werden kontinuierlich die Schwächungsprofile erfasst und
daraus ein Querschnittsbild berechnet. [23]
Bei den heute üblichen Mehrzeilen (Multislice) -CTs liegt nicht nur eine Detektorreihe
der Röntgenröhre gegenüber sondern gleich mehrere.
Durch die parallel angeordneten Detektorreihen konnte eine deutliche Reduzierung der
Untersuchungszeit bei gleichzeitiger Verringerung der Schichtdicke erreicht werden.
[42]
So wurde durch die Einführung eines 4 Zeilen–Spiral-CTs mit einer Rotationszeit von
0,5 Sekunden im Vergleich mit einem Einzeilenspiral-CT mit einer Rotationszeit von 1
Sekunde eine Leistungssteigerung um den Faktor 8 möglich. Dadurch verkürzte sich
die
gleiche
Untersuchung
auf
1/8
der
Zeit.
Alternativ
konnte
man
den
9
Aufnahmebereich, der in der Zeit gescannt wurde um den Faktor 8 vergrößern. Der
größte klinische Vorteil lag aber vermutlich in der deutlich verringerten Schichtdicke
und der damit verbundenen Verbesserung der axialen Auflösung, bei unverändertem
Scanbereich und gleichbleibender Untersuchungsdauer. [42,18] Durch weitere
Erhöhung der Detektorreihen konnte die Schichtdicke und die Untersuchungsdauer
weiter verbessert werden.
In den modernen CT-Geräten werden Festkörperdetektoren eingesetzt. Diese
Detektoren absorbieren die Röntgenstrahlung und wandeln sie mit Hilfe eines
Szintillators in sichtbares Licht um. Eine Photoelektrode erfasst die Lichtblitze, wandelt
sie in elektrischen Strom um und erzeugt ein digitales Signal. [6]
In den Mehrschicht-CT-Geräten werden zwei unterschiedliche Detektorsysteme
verwendet.
Bei den sogenannten Fixed-Array-Detektoren sind alle Detektorzeilen in der z-Achse
gleich breit. Durch das elektronische Zusammenschalten von mehreren Detektorreihen
lassen sich verschiedene Schichtdicken einstellen und so weniger Schichten
aufnehmen, abhängig von Strahlenkollimation und gewählter Schichtdicke.
Ein anderes Konstruktionsprinzip ist das Adaptive Array Design. Hier nimmt die Breite
der einzelnen Detektorreihen in Längsrichtung vom Zentrum zur Peripherie zu und
ermöglicht
durch
Einblendung
und
Kombination
von
Detektorreihen
eine
unterschiedliche Anzahl von Schichten und variable Schichtdicken. [42,18].
Eine wichtige Größe zur Charakterisierung von Spiral-CT-Aufnahmen ist der
sogenannte Pitchfaktor. Er ist definiert als das Verhältnis von Tischvorschub pro
Röhrenumdrehung zur Schichtkollimation und gilt sowohl beim Einzelschicht-CT als
auch beim Mehrschicht-CT.
Pitch =
Tischvorschub in mm pro Rotation
Gesamtbrei te des Detektors ( Anzahl der Schichten x Schichtdicke in mm )
Pitchwerte < 1 führen zu einer Überlappung der Schichten, während bei Werten > 1 in
der z-Achse Lücken in der Abtastung entstehen [23].
Kleinere Pitchwerte liefern genauere Bilddaten und damit eine bessere Bildqualität,
allerdings erhöht sich dadurch die Untersuchungszeit und die Strahlenbelastung der
Patienten.
10
Abb. 2: Pitchfaktor, a Tischvorschub ist gleich der Schichtkollimation, b Tischvorschub
ist doppelt so groß wie Schichtkollimation [23]
Die Bildrekonstruktion der Spiral-CT-Aufnahmen erfordert eine Interpolation entlang
der z-Achse, da hier, anders als beim konventionellen CT, nicht alle Bilddaten in der
rekonstruierten Schichtebene gemessen wurden. Diese Datenpunkte werden aus den
davor- und dahinterliegenden Messpunkten errechnet. [23]
Bei Einzelschicht-Spiral-CT-Aufnahmen wird meist eine lineare 180° oder lineare 360°
Interpolation verwendet. Für die LI 360° Interpolation verwendet man die zwei
Messpunkte, die in der gleichen Röhrenwinkelstellung versetzt (nach 360° Rotation)
vor und hinter der gewünschten Bildebene liegen.
Die LI 180° Interpolation bedient sich der sogenannten komplementären Daten, die
bereits nach einer 180° Drehung der Projektion vorhanden sind. Diese beiden
Interpolationen lassen sich auch auf das Mehrzeilen-CT anwenden. [42]
Die z-Filter-Interpolation beschränkt sich nicht nur auf die beiden um 180° oder 360°
rotierten Messpunkte sondern verwendet alle direkten und komplementären
Strahlenprofile in einem vorher gewählten Abstand zur Bildebene. [19]
Diese Interpolationen können nur bei Mehrschicht-CT-Geräten bis 4 Schichten
angewandt werden, da diese Verfahren den Kegelwinkel nicht berücksichtigen.
Bei herkömmlichen Bildrekonstruktionsverfahren müssen alle Messstrahlen senkrecht
zur Patientenlängsachse verlaufen. Für die zentralen Detektorzeilen trifft dies auch zu,
aber der sogenannte Kegelwinkel nimmt zur Peripherie hin zu und dadurch wird die
Abweichung von der senkrechten Bildebene immer größer. [18] Als Resultat entstehen
bei der Rekonstruktion Artefakte an Übergängen mit großem Dichteunterschied,
sogenannte Kegelstrahlartefakte. Erst mit der Einführung der drei-dimensionalen
Rückprojektion und
der adaptiven multiplanaren Rekonstruktion konnte der
Kegelwinkel berücksichtigt werden und so auch CT-Geräte mit 16 und mehr Schichten
verwendet werden.
Seit 2005 werden Spiral-CT-Geräte mit 2 Röntgenquellen, die im 90° Winkel
zueinander stehen und über 2 Detektorsysteme verfügen, eingesetzt. Durch diese
sogenannte Dual-Source-Technik kann die Aufnahmezeit halbiert werden. Des
11
Weiteren können Aufnahmen mit zwei verschiedenen Energiespektren angefertigt
werden, wodurch eine bessere Differenzierung und Charakterisierung von Gewebe
ermöglicht wird. [6]
2.2. Dosisgrößen in der CT
Die Strahlendosis gibt die Strahlungsmenge an, die von einem bestrahlten Körper
aufgenommen wurde. Man unterscheidet die Energiedosis, die Äquivalenzdosis und
die Effektivdosis.
Die Energiedosis ist die bei einer Bestrahlung mit ionisierender Strahlung von einem
Gewebe absorbierte Energie, dividiert durch die Masse des bestrahlten Gewebes. Sie
wird in Gray (J/kg) angegeben.
Die Äquivalenzdosis berücksichtigt neben der absorbierten Energie auch noch die
biologische Wirksamkeit der verschiedenen Strahlenarten und wird in Sievert (Sv)
angegeben.
Sie
ist
das
Produkt
aus
der
Energiedosis
und
einem
Strahlenwichtungsfaktor, der für Röntgen- und Gammastrahlung sowie für Elektronen 1
und für Neutronen je nach Energiebereich 5-20 beträgt. [45,50]
Die Effektivdosis ermöglicht eine noch bessere Abschätzung des Strahlenrisikos des
Patienten. Sie beruht auf der unterschiedlichen Sensibilität einzelner Organe
gegenüber ionisierender Strahlung und errechnet sich aus der Summe der einzelnen
Organdosen, die mit den jeweiligen Gewebe-Wichtungsfaktoren multipliziert werden.
Die Wichtungsfaktoren für die einzelnen Organe sind in der RÖV festgelegt. [45,50]
Die Effektivdosis ermöglicht die Bewertung der Wahrscheinlichkeit für stochastische
Strahlenschäden auch bei Teilkörperexpositionen und den Vergleich unterschiedlicher
diagnostischer Strahlenanwendungen.
Wichtige Dosiskenngrößen in der CT sind der CT-Dosis-Index (CTDI) und das
Dosislängenprodukt (DLP).
Der CT-Dosis-Index (CTDI) gibt die Energiedosis in einer nominellen Schicht an, die
sich ergeben würde, wenn die gesamte absorbierte Dosis in einer rechteckförmigen
Schicht mit der nominellen Schichtdicke konzentriert wäre. [23,47] Der CTDI
berücksichtigt dabei auch Dosisbeiträge, die außerhalb der nominellen Schicht
entstehen, zum Beispiel durch Streustrahlung und Strahldivergenz. [30,47] Er wird in
mGy angegeben.
12
Abb. 3: CTDI [41]
Die Messung des CTDI erfolgt sowohl an einem Kopf- als auch an einem
Körperphantom. Dabei wird eine 10 cm oder 16 cm lange Ionisationskammer
verwendet, die im Zentrum und in der Peripherie des Plexiglasphantoms eingebracht
wird. Der gewichtete CTDIw wird aus der Summe der gewichteten Messung im Zentrum
und in der Peripherie des Phantoms (1/3 Zentrum, 2/3 Peripherie) berechnet.
Bei allen neueren CT-Geräten wird der effektive CTDI oder auch Volumen-CTDI (CTDI
vol)
angezeigt. Hierbei handelt es sich um den pitchkorrigierten CTDIw.
CTDI vol =
CTDI w
Pitch
Er berücksichtigt die Dosisreduktion beim Spiral-CT bei höheren Pitchfaktoren als 1
bzw. eine Dosiserhöhung bei sich überlappenden Dosisprofilen bei einem Pitch < 1.
Eine weitere wichtige Größe für die Dosisangabe bei CT-Untersuchungen ist das
Dosislängenprodukt. Es beschreibt das gesamte Ausmaß der Strahlenexposition bei
einer CT-Untersuchung und berücksichtigt neben der Dosis der Einzelschicht (CTDIvol)
die Schichtdicke h und die Zahl der Schichten n.
DLP = CTDIvol x n x h= CTDIvol x L
n Schichtanzahl
h Schichtdicke
L Scanlänge in cm
Die Einheit des Dosislängenprodukts ist mGy x cm.
13
Abb. 4: Dosislängenprodukt einer Scanserie (n=15, H=10 mm) [41]
2.3. Technische Daten
Sowohl für die Singleshot- als auch für die Spiral-CT-Aufnahmen wurde dasselbe CTGerät verwendet. Alle Aufnahmen wurden mit einem Somatom Definition AS+
(Siemens Medical Systems) durchgeführt. Bei dem Gerät handelt es sich um ein 128Zeilen-CT mit einer kürzesten Rotationszeit von 0,3 Sekunden und einer maximalen
räumlichen Auflösung von 0,24 mm.
2.3.1.Singleshot-CT-Aufnahmen
Die Daten der Singleshot-CT-Aufnahmen wurden mit einer einzigen Rotation akquiriert
und dabei 128 Schichten mit einer Gesamtbreite von 38,4 mm erfasst.
Für die einzelnen Aufnahmen wurden folgende gleichbleibende Einstellungen gewählt:
Tab.1: Aufnahme-, Rekonstruktions- und Fenstereinstellungen der Singleshot-CTAufnahme
Spannung
120 kV
Röhrenstrom
250 mAs
Schichtdicke (in mm)
0,75
Zeilenanzahl
128
Kollimation (in mm)
0,6
Rotationszeit
1s
Pitch
-
Rekonstruktionsalgorithmus (Kernel)
B75h
Field of View
200
Untersuchungsdauer
1s
14
2.3.2. Spiral-CT-Aufnahmen
Diese Aufnahmen wurden im Spiralmodus mit den folgenden Parametern akquiriert:
Tab. 2: Aufnahme-, Rekonstruktions- und Fenstereinstellungen der Spiral-CT-Aufnahme
Spannung
120 kV
Röhrenstrom
230 mAs
Schichtdicke (in mm)
0,4
Zeilenanzahl
16
Kollimation (in mm)
0,3
Rotationszeit
1s
Pitch
0,8
Rekonstruktionsalgorithmus (Kernel)
U75u
Field of View
141
Untersuchungsdauer
12,29 s
Für die Spiral-CT-Aufnahmen wurde ein sogenannte UHR (ultra high resolution) -Filter
verwendet. Hierbei handelt es sich um ein detektorseitiges Raster, dass die
Streustrahlung reduziert und dadurch eine bessere Auflösung und eine geringere
Schichtdicke ermöglicht.
Allerdings führt die Verwendung dieses Filters zu einer höheren Strahlenbelastung für
den Patienten.
2.3.3. Darstellung
Die Aufnahme in Spiral-CT-Technik erfolgte mit einer rekonstruierten Schichtdicke von
0,4 mm. Die Singleshot-CT-Aufnahme lieferte Schichten mit einer Dicke von 0,75 mm.
Um die beiden CT-Untersuchungsmodalitäten hinsichtlich ihrer Bildqualität besser
vergleichen zu können, wurde bei der Auswertung für alle Bilder eine Schichtdicke von
0,8 mm gewählt.
Die Beurteilung erfolgte im 3D-Viewer an einer Workstation (MMWP, Siemens
Healthcare, Forchheim). Die Schnittebenen konnten für die Auswertung beliebig
gewählt werden.
15
2.4. Patientenkollektiv
In diese Studie wurden 27 Patienten aufgenommen bei denen eine Indikation zur
kontrastmittelgestützten CT-Untersuchung gestellt wurde. Alle Patienten wurden im
Zeitraum von Februar 2008 bis März 2009 dem Radiologischen Institut des
Universitätsklinikums Erlangen zur Abklärung einer Raumforderung der Schädelbasis
zugewiesen.
Vor Studieneinschluss erfolgte eine ausführliche mündliche und schriftliche Aufklärung.
Alle Patienten gaben schriftlich ihr Einverständnis.
Bei allen Teilnehmern der Studie wurde neben der nativen Spiral-CT-Aufnahme der
Schädelbasis nach der Kontrastmittelinjektion anstelle der standardmäßigen erneuten
Spiral-CT-Aufnahme eine Aufnahme als Singleshotsequenz angefertigt. [2,28]
Das Patientenkollektiv der Studie setzte sich aus 16 Männern und 11 Frauen
zusammen. Das Durchschnittsalter lag bei 51 Jahren (range. 33-84 Jahre).
2.5. Datenerhebung
Für die Auswertung lag von jedem Patienten eine Spiral-CT-Aufnahme und eine
Singleshot-Aufnahme des Felsenbeins vom gleichen Untersuchungstag vor. So wurde
sichergestellt, dass der Krankheitsverlauf nicht zu Verfälschungen bei der Auswertung
der beiden Aufnahmen führen konnte.
Bei allen Patienten wurde die linke und die rechte Seite bewertet, so dass insgesamt
54 Felsenbeine in die Auswertung eingegangen sind.
Die Bilder wurden von 2 Auswertern beurteilt, einem Radiologen mit 5-jähriger
Berufserfahrung und einem Arzt in der Weiterbildung.
Der Name des Patienten und die Untersuchungsmodalitäten wurden für die Auswerter
unkenntlich gemacht und die Bilder in randomisierter Form präsentiert.
Zur Vorbereitung erfolgte eine Identifizierung der anatomischen Strukturen und ein
Training der Beurteilungskriterien der Bildqualität anhand von 5 Probe-Datensätzen
[13,16,22]. Diese wurden später nicht in die Studie mit aufgenommen.
Zur Beurteilung der Felsenbein-CT-Aufnahmen wurden 38 anatomische Strukturen
(Tab. 3) herangezogen, die in ähnlicher Zusammenstellung bereits in früheren
Publikationen zum Thema „Bildgebende Verfahren am Felsenbein“ verwendet wurden.
[10,11,24,36]
Diese Strukturen wurden aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer Relevanz im
klinischen Alltag ausgewählt.
16
Tab. 3: Anatomische Strukturen des Felsenbeins, die zur Beurteilung der CT-Aufnahmen
herangezogen wurden
Struktur
Struktur
1
Scutum
20
Sinus tympani
2
Anulus tympanicus
21
Tendo musculus tensor tympani
3
Membrana tympanica
22
Processus cochleariformis
4
Caput mallei
23
Musculus stapedius
5
Manubrium mallei
24
Körner Septum
6
Articulatio incudomallearis
25
Fenestra cochleae
7
Ligamentum mallei anterius
26
Membrana tympani secundaria
8
Ligamentum mallei laterale
27
Fenestra vestibuli
9
Ligamentum mallei superius
28
Knochenlamelle zwischen mittlerer und
oberer Schneckenwindung
10
Corpus incudis
29
Aquaeductus cochlearis
11
Crus longum incudis
30
Aquaeductus vestibularis
12
Crus breve incudis
31
Crista falciformis
13
Processus lenticularis incudis
32
Modiolus cochlearis
14
Articulatio incudostapedialis
33
Ampulla membranaceum
15
Basis stapedis
34
Canalis n. facialis: labyrinthäres
Segment
16
Crura stapedis
35
Canalis n. facialis: Ganglion geniculi
17
Caput stapedis
36
Canalis n. facialis: tympanales Segment
18
Recessus facialis
37
Canalis n. facialis: mastoidales Segment
19
Eminentia pyramidalis
38
Knöcherne Begrenzung des n. facialis
im tympanalen Segment
Die Bewertung der Bildqualität und damit der Abgrenzbarkeit der anatomischen
Strukturen erfolgte anhand einer Skala von 1-3, wobei 3 gut sichtbar und beurteilbar
bedeutet. [10]
Eine 4 wurde vergeben für Strukturen, die unabhängig von der Bildqualität nicht
beurteilbar waren, da sie durch Erkrankung bzw. Operation nicht mehr abgrenzbar
oder zerstört waren.
17
Tab. 4: Bewertungsskala
Bewertungskategorie
1
2
3
4
aufgrund der schlechten Bildqualität nicht
abgrenzbar
unsicher abgrenzbar, nicht diagnostisch
nutzbar (schlecht beurteilbar)
sicher abgrenzbar, gut beurteilbar
aufgrund von Erkrankung/Voroperation nicht
abgrenzbar bzw. nicht mehr vorhanden
Die Felsenbeinaufnahmen von 7 Patienten wurden zuerst von beiden Auswertern
getrennt und unabhängig voneinander beurteilt. Anhand dieser Daten wurde die
Interobserver-Variabilität der beiden Auswerter berechnet.
Danach wurden noch einmal alle CT-Aufnahmen der 27 Patienten von beiden
Auswertern gemeinsam beurteilt und die Bildqualität im Konsens bewertet.
2.6. Auswertung und Statistik
Die Interobserver-Variabilität wurde mit Cohens Kappa berechnet. Der KappaKoeffizient berücksichtigt dabei auch die zufällige Übereinstimmung der beiden
Auswerter. Stimmen die Einschätzungen der beiden Auswerter völlig über ein, ist κ=1.
κ =0, bedeutet es besteht keine Übereinstimmung der Auswerter, die über Zufallstreffer
hinausgeht, d.h. es besteht kein Zusammenhang, die Beurteilungen sind völlig
unabhängig voneinander. Negative Werte erhält man, wenn die Übereinstimmung
sogar noch unter der Zufallswahrscheinlichkeit liegt. [51]
Für die Berechnung der Kappawerte wurde auf die folgende Formel zurückgegriffen
[5]:
Summe der Wahrschein lichkeiten der Hauptdiago nale −
κ=
1−
1
n
1
n
n bezeichnet die Anzahl der Kategorien
Die einzelnen Wahrscheinlichkeiten wurden aus Kreuztabellen entnommen, die
anhand der Daten mit Hilfe eines Statistikprogramms erstellt wurden.
18
Für die Interpretation der Kappa-Werte wurde das folgende Schema zugrunde gelegt
[21,31]:
Tab. 5: Interpretation der Kappawerte
Kappawert
<0,20
Übereinstimmung der Auswerter
schwach
0,21-0,40
leicht
0,41-0,60
mittelmäßig
0,61-0,80
gut
0,81-1,0
sehr gut
Um einen signifikanten Unterschied zwischen den 2 CT-Verfahren bezüglich der
Beurteilbarkeit der anatomischen Strukturen des Felsenbeins nachzuweisen, wurde
der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test verwendet. Hierbei handelt es sich um einen
nichtparametrischen Test für den Vergleich zweier abhängiger Stichproben.
Für alle Berechnungen wurde das Statistikprogramm SPSS Version 14.0 für Windows
verwendet.
19
3. Ergebnisse
Vor der statistischen Auswertung wurden die Datensätze von beiden Auswertern noch
einmal überprüft. Hierbei wurden alle Strukturen, die mit einer 4 (aufgrund von
Erkrankung/Voroperation nicht abgrenzbar bzw. nicht mehr vorhanden) bewertet
worden sind, noch einmal kontrolliert und sichergestellt, dass keine Diskrepanzen
zwischen den beiden Untersuchungsmodalitäten auftreten. Wurde eine Struktur in
einer CT-Aufnahme mit einer 4 beurteilt, so wurde sie auch in der anderen CTAufnahme mit einer 4 bewertet.
Auf
diese
Weise
wurde
das
Risiko
von
Fehlbewertungen
zwischen
den
Beurteilungskategorien 1 (aufgrund der schlechten Bildqualität nicht abgrenzbar) und 4
(aufgrund von Erkrankung/Voroperation nicht abgrenzbar bzw. nicht mehr vorhanden)
vermindert.
Anschließend wurde die Bewertungskategorie 4 als fehlende Daten aus der Wertung
genommen und floss nicht in die Statistik mit ein.
Der Datensatz zur Bestimmung der Interobserver-Variabilität enthielt insgesamt 6,5%
fehlende Daten, der Datensatz zum Vergleich der beiden Aufnahmetechniken 3,3%.
3.1. Interobserver-Variabilität
Die Überprüfung der Interobserver-Variabilität zwischen den beiden Auswertern zeigte
insgesamt eine Übereinstimmung von 86%.
Die Gesamtübereinstimmung zwischen den beiden Auswertern, unabhängig von der
Aufnahmemethode (Spiral-CT-Aufnahme oder Singleshot-CT-Aufnahme), ergab mit
einem Kappa-Wert von 0,79 eine gute Übereinstimmung. (Tab. 6)
20
Tab. 6: Übereinstimmung der Auswerter
Gesamt
Auswerter 2
1
Anzahl
1
2
3
Gesamt
3
17
17
16
50
% von Auswerter 1
34,0%
34,0%
32,0%
100,0%
% der Gesamtzahl
1,7%
1,7%
1,6%
5,0%
8
46
31
85
% von Auswerter 1
% der Gesamtzahl
9,4%
,8%
54,1%
4,6%
36,5%
3,1%
100,0%
8,5%
Anzahl
% von Auswerter 1
5
0,6%
63
7,3%
792
92,1%
860
100,0%
% der Gesamtzahl
,5%
6,3%
79,6%
86,4%
Anzahl
Auswerter 1
2
Anzahl
% von Auswerter 1
% der Gesamtzahl
30
126
839
995
3,0%
3,0%
12,7%
12,7%
84,3%
84,3%
100,0%
100,0%
Die Übereinstimmung der beiden Auswerter wurde auch für jede einzelne
Aufnahmemodalität bestimmt. Hierbei ergab sich ein Kappa-Wert von 0,80 für die
Singleshot- und ein Kappa-Wert von 0,78 für die Spiral-CT-Aufnahme. Das entspricht
jeweils einer guten Übereinstimmung. [21]
Für jede der 38 anatomischen Strukturen wurde die Übereinstimmung zwischen den
beiden Auswertern berechnet und in Tabelle 7 dargestellt.
21
Tab. 7: Kappa-Index und prozentuale Übereinstimmung der Auswerter für die einzelnen
anatomischen Strukturen
Struktur
sehr gut
Scutum
Manubrium mallei
Articulatio incudomallearis
Recessus facialis
Eminentia pyramidalis
Sinus tympani
Fenestra cochleae
Fenestra vestibuli
Crista falciformis
Canalis n. facialis: labyrinthäres
Segment
Canalis n. facialis: Ganglion
geniculi
Canalis n. facialis: tympanales
Segment
Knöcherne Begrenzung des n.
facialis im tympanalen Segment
Basis stapedis
Caput mallei
Corpus incudis
Crus longum incudis
Crus breve incudis
Körner Septum
Canalis n. facialis: mastoidales
Segment
Anulus tympanica
Caput stapedis
Aquaeductus vestibuli
Ampulla membranaceum
Gut
Membrana tympani secundaria
Tendo musculus tensor tympani
Processus cochleariformis
Membrana tympanica
Aquaeductus cochlearis
Mittelmäßig
Musculus stapedius
Crura stapedis
Processus lenticularis incudis
Knochenlamelle zw. mittlerer u.
oberer Schneckenwindung
Leicht
Ligamentum mallei superius
Ligamentum mallei anterius
Ligamentum mallei laterale
Schwach
Modiolus cochlearis
Articulatio incudostapedialis
Kappa-Index
Übereinstimmung der
Auswerter in %
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
100
100
100
100
100
100
100
100
100
1,0
100
1,0
100
1,0
100
1,0
100
0,95
0,94
0,94
0,94
0,94
0,94
96,4
96,2
96,2
96,2
96,2
95,8
0,89
92,9
0,89
0,89
0,84
0,84
92,3
92,3
89,3
89,3
0,79
0,78
0,73
0,67
0,63
85,7
85,0
82,1
77,8
75,0
0,52
0,50
0,42
67,9
66,6
61,5
0,41
60,7
0,39
0,35
0,25
59
56,5
50
0,14
0,14
42,9
42,3
22
Insgesamt ergab sich für 24 der anatomischen Strukturen eine sehr gute, für 5 eine
gute, für 4 eine mittelmäßige, für 3 eine leichte und nur für 2 Strukturen eine schwache
Übereinstimmung in der Bewertung der beiden Auswerter.
3.2. Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test
Mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test wurde untersucht, ob sich die beiden CTAufnahmeverfahren des Felsenbeins im Hinblick auf Bildqualität und Abgrenzbarkeit
der anatomischen Strukturen unterscheiden.
Als erstes wurden alle anatomischen Strukturen des Felsenbeins zusammengenommen und überprüft, ob für die Gesamtheit ein Unterschied zwischen der SpiralCT-Aufnahme und der Singleshot-Aufnahme vorliegt.
Hier konnte kein signifikanter Unterschied (p-Wert=0,06) zwischen den beiden
Aufnahmemodalitäten und der damit verbundenen Beurteilbarkeit der Felsenbeine
gefunden werden.
Um herauszufinden ob eine der 38 Strukturen mit einem der beiden Verfahren
signifikant besser gesehen wird, wurde auch für jede einzelne Struktur ein WilcoxonVorzeichen-Rang-Test durchgeführt.
23
Tab. 8: Ergebnisse des Wilcoxon-Test für jede anatomische Struktur
Struktur
Scutum
Anulus tympanicus
Membrana tympanica
Caput mallei
Manubrium mallei
Articulatio incudomallearis
Ligamentum mallei anterius
Ligamentum mallei laterale
Ligamentum mallei superius
Corpus incudis
Crus longum incudis
Crus breve incudis
Processus lenticularis incudis
Articulatio incudostapedialis
Basis stapedis
Crura stapedis
Caput stapedis
Recessus facialis
Eminentia pyramidalis
Sinus tympani
Tendo musculus tensor tympani
Processus cochleariformis
Musculus stapedius
Körner Septum
Fenestra cochleae
Membrana tympani secundaria
Fenestra vestibuli
Knochenlamelle zw. mittlerer u.
oberer Schneckenwindung
Aquaeductus cochlearis
Aquaeductus vestibuli
Crista falciformis
Modiolus cochlearis
Ampulla membranaceum
Canalis n. facialis: labyrinthäres
Segment
Canalis n. facialis: Ganglion
geniculi
Canalis n. facialis: tympanales
Segment
Canalis n. facialis: mastoidales
Segment
Knöcherne Begrenzung des n.
facialis im tympanalen Segment
WilcoxonAnzahl der
Test
negativen positiven Bindungen
p-Wert (a) Ränge (b) Ränge (c)
(d)
1,0
0
0
51
0,13
3
1
49
0,18
4
1
38
0,32
1
0
52
1,0
0
0
52
1,0
0
0
52
0,10
8
15
25
<0,001
2
32
15
0,15
9
14
26
0,32
1
0
52
0,32
1
0
52
0,32
1
0
52
0,37
12
17
22
0,32
10
6
35
1,0
1
1
50
0,05
8
17
24
0,05
4
0
47
0,32
0
1
53
1,0
0
0
54
1,0
0
0
54
0,13
2
6
38
0,16
0
2
52
0,04
5
13
36
1,0
0
0
49
1,0
0
0
54
0,01
9
0
45
1,0
0
0
54
<0,001
25
4
25
0,05
0,04
0,16
0,40
1,0
10
1
0
13
2
3
7
2
9
2
41
46
52
32
50
1,0
0
0
54
1,0
0
0
54
0,32
1
0
53
0,16
2
0
52
1,0
4
4
46
(a) Unterschied zwischen den beiden Methoden
(b) Spiral-CT-Aufnahme ist der Singleshot-Aufnahme überlegen
(c) Spiral-CT-Aufnahme ist der Singleshot-Aufnahme unterlegen
(d) Spiral-CT-Aufnahme ist gleichwertig zu der Singleshot-Aufnahme
24
Für die folgenden 7 anatomischen Strukturen ergab sich dabei ein signifikanter
Unterschied (p-Wert < 0,05) zwischen der Spiral-CT-Aufnahme und der Singleshot-CTAufnahme:
Ligamentum mallei laterale
Knochenlamelle zw. mittlerer und oberer Schneckenwindung
Membrana tympani secundaria
Aqueductus vestibuli
Musculus stapedius
Caput stapedis
Crura stapedis
Für das Ligamentum mallei laterale, den Aqueductus vestibuli, den Musculus
Stapedius und die Crura stapedis zeigte sich dabei eine Tendenz zur besseren
Sichtbarkeit in der Spiral-CT-Aufnahme.
Die Knochenlamelle zwischen der mittleren und oberen Schneckenwindung, die
Membrana tympani secundaria und das Caput stapedis konnten in der SingleshotAufnahme besser dargestellt werden.
Für diese statistischen Tests wurde ein Signifikanzniveau von α=0,05 angewandt. Mit
Hilfe von α soll die Irrtumswahrscheinlichkeit eingegrenzt werden, einen Fehler 1. Art
zu begehen, also eine wahre Nullhypothese (es besteht kein Unterschied) abzulehnen.
[3] Das Signifikanzniveau α ist aber nur zur Bestimmung der Irrtumswahrscheinlichkeit
einer statistischen Hypothese mit Hilfe eines Signifikanztests ausgelegt. Werden
jedoch wie in dieser Studie mehrere Signifikanztest (für jede der 38 anatomischen
Strukturen) durchgeführt, so steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Nullhypothese
fälschlicherweise abgelehnt wird mit der Anzahl der statistischen Tests.
Aus diesem Grund musste eine Anpassung des Signifikanzniveaus vorgenommen
werden. Die Korrektur der α-Werte wurde mit der Bonferroni-Holm-Adjustierung
durchgeführt. [35]
25
Tab. 9: Ergebnisse des Wilcoxon-Test nach p-Wert geordnet und dem korrigierten α
gegenübergestellt
Struktur
Ligamentum mallei laterale
Knochenlamelle zw. mittlerer u.
oberer Schneckenwindung
Membrana tympani secundaria
Aquaeductus vestibuli
Musculus stapedius
Caput stapedis
Crura stapedis
Aquaeductus cochlearis
Ligamentum mallei anterius
Anulus tympanicus
Tendo musculus tensor tympani
Ligamentum mallei superius
Processus cochleariformis
Crista falciformis
Canalis n. facialis: mastoidales
Segment
Membrana tympanica
Caput mallei
Corpus incudis
Crus longum incudis
Crus breve incudis
Recessus facialis
Canalis n. facialis: tympanales
Segment
Articulatio incudostapedialis
Processus lenticularis incudis
Modiolus cochlearis
Scutum
Manubrium mallei
Articulatio incudomallearis
Basis stapedis
Eminentia pyramidalis
Sinus tympani
Körner Septum
Fenestra cochleae
Fenestra vestibuli
Ampulla membranaceum
Canalis n. facialis: labyrinthäres
Segment
Canalis n. facialis: Ganglion
geniculi
Knöcherne Begrenzung des n.
facialis im tympanalen Segment
WilcoxonTest
p-Wert (a)
<0,001
x
α nach
Bonferroni-HolmKorrektur
0,001316
<0,001
x
0,001351
0,02
0,04
0,04
0,05
0,05
0,05
0,10
0,13
0,13
0,15
0,16
0,16
x
x
x
x
x
0,001389
0,001429
0,001471
0,001515
0,001563
0,001613
0,001617
0,001724
0,001786
0,001852
0,001923
0,002
(b)
0,16
0,002083
0,18
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
0,002174
0,002273
0,002381
0,0025
0,002632
0,002778
0,32
0,002941
0,32
0,37
0,39
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
0,003125
0,003333
0,003571
0,003846
0,004167
0,004545
0,005
0,005556
0,00625
0,007143
0,008333
0,01
0,0125
1,000
0,016667
1,000
0,025
1,000
0,05
(a) Unterschied zwischen den beiden Methoden
(b) signifikant bei α=0,05
(c) signifikant unter Berücksichtigung von α nach Bonferroni-Holm-Korrektur
(c)
x
x
26
Nach der Bonferroni-Korrektur konnte nur noch ein signifikanter Unterschied zwischen
der Spiral-CT-Aufnahme und der Singleshot-CT-Aufnahme für 2 anatomische
Strukturen gefunden werden.
Für das Ligamentum mallei laterale und die Knochenlamelle zwischen der mittleren
und oberen Schneckenwindung blieb ein signifikanter Unterschied bestehen.
3.3. Dosis
Zum
Vergleich
der
unterschiedlichen
Strahlenexposition
bei
den
beiden
Untersuchungsverfahren wurde für jede Aufnahme die Röhrenspannung das
Stromzeitprodukt,
der
Volumen-CT-Dosisindex
und
das
Dosislängenprodukt
angegeben.
Der durchschnittliche CTDIvol betrug bei der Spiral-CT-Aufnahme 50,3 mGy, der CTDIvol
der Singleshot-CT-Aufnahme lag bei nur 16,8 mGy. Daraus ergibt sich eine Reduktion
des CTDIvol bei der Singleshot-CT-Aufnahme um 67%.
Bei der Spiral-CT-Aufnahme ergab sich ein durchschnittliches Dosislängenprodukt von
306 mGy x cm. Im Vergleich dazu zeigte sich bei der Singleshot-CT-Aufnahme eine
Verringerung des DLP um den Faktor 5 auf 64 mGy x cm.
Tab. 10: Dosiswerte für die CT-Untersuchungen
Fall
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
kV Singleshot
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
mAs Spirale
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
230
mAs
Singleshot
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
CTDIvol
Spirale
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
48,24
50,12
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,39
50,30
CTDIvol
Singleshot
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,34
17,01
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
16,78
DLP Spirale
297
348
335
267
270
237
280
265
287
262
549
312
305
282
262
307
287
268
291
360
290
237
378
317
363
310
292
306
DLP
Singleshot
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
64
63
65
64
64
64
65
64
64
65
64
64
27
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Durchschnitt
kV Spirale
28
4. Diskussion
Die hochauflösende Spiral-Computertomographie mit Mehrzeilen-CT-Geräten gehört
heutzutage zu der Standarduntersuchungsmethode bei der radiologischen Darstellung
der Felsenbeinregion. [10,24,27,28,36]
Die hohe räumliche Auflösung ermöglicht eine gute Beurteilung der FelsenbeinAnatomie in jeder beliebigen Schnittebene und schafft somit die Grundlage für die
präzise Diagnose von Missbildungen, Traumata, akuter oder chronischer Infektionen
und Raumforderungen.
Für die komplette Datenakquisition einer Felsenbein-CT-Aufnahme benötigen moderne
Mehrzeilen-CT-Geräte
(abhängig
von
der
gewünschten
Schichtdicke,
Pitch,
Rotationsgeschwindigkeit, Anzahl der gleichzeitig akquirierten Schichten) nur wenige
Sekunden. Im Vergleich zu den früheren Aufnahmen mit konventionellen CT-Geräten
bedeutet das eine enorme Verringerung der Untersuchungszeit. Trotzdem dürfen sich
die Patienten in dieser Zeit nicht bewegen.
Gerade bei älteren oder in ihrer Kooperationsfähigkeit eingeschränkten Patienten ist
dies häufig schwierig, und aussagekräftige CT-Aufnahmen ohne Bewegungsartefakte
sind zum Teil nur in Sedierung möglich. Aber auch im Bereich der Kinderradiologie
stellt das bewegungslose Liegen für die Patienten oft ein Problem dar und erfordert
meist eine Sedierung oder Kurznarkose. [26,38]
Bei der Singleshot-CT-Aufnahme eines Felsenbeins werden die Daten mit nur einer
einzigen Rotation der Gantry um den Patienten erfasst. Die Rotationszeiten liegen hier
im Bereich ≤1 s. Durch die kurze Untersuchungszeit können auch unruhige Patienten
ohne Sedierung untersucht werden.
Ein weiterer Nachteil der hochauflösenden Spiral-Computertomographie ist die relativ
hohe Strahlenbelastung. Neben der deutlich kürzeren Untersuchungszeiten ist auch
die Strahlenbelastung bei der Singleshot-CT-Aufnahme geringer als bei einer SpiralCT-Aufnahme des Felsenbeins.
Diese Vorteile gehen allerdings mit einer höheren Schichtdicke und damit einer etwas
schlechteren Auflösung einher.
Ziel dieser Studie war es deshalb, die Bildqualität von beiden CT-Verfahren anhand
von kleinsten anatomische Strukturen im Felsenbein zu vergleichen und zu beurteilen,
welche Auswirkung die etwas schlechtere Auflösung der Singleshot-CT-Aufnahme auf
die Aussagekraft der Bilder hat.
In dieser Studie zeigten die Ergebnisse, dass die beiden Auswerter in ihrer Beurteilung
insgesamt gut übereinstimmten (Tabelle 6).
Aber gerade bei einigen der kleineren Strukturen weist ein kleinerer Kappawert auf
eine geringere Übereinstimmung der Auswerter hin. Ein möglicher Grund hierfür
29
könnte in der unterschiedlichen Erfahrung der Auswerter liegen, die gerade bei den
sehr feinen Strukturen eine wichtigere Rolle spielt.
Des
Weiteren
zeigte
die
gemeinsame
Auswertung,
dass
die
subjektiven
Auswertungsparameter 2 „unsicher beurteilbar“ und 3 „sicher beurteilbar“ eine klare
Unterscheidung in einigen Fällen erschweren.
So waren zum Beispiel die Übergänge zwischen einem scharf abgrenzbaren Modiolus
und einer unscharfen Begrenzung fließend. Dies ist vermutlich auch der Grund für eine
nur schwache Übereinstimmung (κ=0,14, bei einer 43 prozentigen Übereinstimmung)
der beiden Auswerter bei dieser Struktur.
Der Processus lenticularis incudis war oftmals in den 3 Standardebenen (axial, coronal
und sagital) nicht gut darstellbar. Die Auswertung der CT-Bilder erfolgte interaktiv an
einer 3D-Workstation. So konnten die Schnittebenen zur Beurteilung des Processus
lenticularis incudis beliebig gewählt werden und dadurch eine optimale Darstellung
erreicht werden. [32] Es zeigte sich allerdings, dass das Beurteilungsergebnis stark
von der exakten Ausrichtung der Bildebene abhängig ist.
Bei der Beurteilung der Bandstrukturen der Gehörknöchelchen (Ligamentum mallei
anterius, laterale und superius) erwies es sich in manchen Fällen als schwierig,
zwischen Schleimhautfalten, Knochenbälkchen und Ligamenten zu differenzieren.
Diese Problematik könnte, wie auch schon in anderen Studien beschrieben [33] dafür
verantwortlich sein, dass bei den Bandstrukturen nur eine leichte (Ligamentum mallei
superius κ=0,39, Ligamentum mallei anterius κ=0,35, Ligamentum mallei laterale
κ=0,25) Übereinstimmung zwischen den beiden Auswertern vorliegt.
Allerdings lag die Übereinstimmung der beiden Auswerter bei 13 der überwiegend
größeren anatomischen Strukturen bei 100%. Diese Strukturen wurden von beiden
Auswertern bei allen Felsenbeinen (ausgenommen derer, die mit einer 4 bewertet und
somit aus der Wertung genommen wurden) mit einer 3 (gut beurteilbar) bewertet.
Bei weiteren 10 anatomischen Strukturen hat immer ein Auswerter ausschließlich die 3
(gut beurteilbar) für alle Felsenbeine vergeben.
Ein Unterschied in der Übereinstimmung der beiden Auswerter in Abhängigkeit von der
Untersuchungsmodalität konnte nicht gefunden werden. Sowohl für die Spiral- als auch
die Singleshot-CT-Aufnahme lag die Übereinstimmung bei 86 Prozent, bei nahezu
30
gleichen
Kappawerten
(Singleshot-CT-Aufnahme
κ=0,80,
Spiral-CT-Aufnahme
κ=0,78).
Der Vergleich der beiden Untersuchungsverfahren, Spiral-CT-Aufnahme und
Singleshot-CT-Aufnahme ergab für das Felsenbein keine signifikanten Unterschiede
bei der Bewertung der Bildqualität. Auch bei den einzelnen anatomischen Strukturen
konnte nur in 5% (2 Strukturen von 38) ein signifikanter Unterschied festgestellt
werden.
Raumforderungen
Zur Schädelbasis werden neben den knöchernen Bestandteilen auch das umgebende
Weichteilgewebe und die durchziehenden Strukturen gerechnet.
Aufgrund der zahlreichen verschiedenen Gewebetypen (epithelial, neuronal, knöchern
und vaskulär) können in dieser Region eine Vielzahl benigner und maligner Tumore
entstehen. Zu den im Bereich der Schädelbasis vorkommenden Tumoren zählen:
Angiofibrome, Menigiome, Paragangliome, Hypophysenadenome, Neurofibrome,
Schwannome, Olfactoriusneuroblastome, adenoid-zystische Karzinome, NasopharynxKarzinome und Mukosa-Melanome. [46] Primäre maligne Tumore der knöchernen
Schädelbasis sind relativ selten. Hierzu gehören die Chordome und Chondrosarkome.
[29] Deutlich häufiger kommen sekundäre maligne Knochentumore wie Metastasen
(bevorzugt von Mamma-, Bronchial- Nierenzell- und Prostatakarzinomen) und Infiltrate
des Multiplen Myeloms vor. [17,29,39]
Diese Studie konzentrierte sich bei der Beurteilung der Bildqualität der beiden CTAufnahmen auf die anatomischen Strukturen des Felsenbeins. Hier sind die häufigsten
primären Neoplasien Paragangliome, das congenitale Cholesteatom, das Schwannom
(Neurinom) und bei Kindern das Rhabdomyosarkom. [39]
Paragangliome (Glomustumore) sind stark vaskularisierte Tumore mit komplexen
Ausbreitungsmustern. Sie sind die häufigsten primären Neoplasien des Mittelohres.
[46] Glomus tympanicum Tumore sind meist auf die Paukenhöhle beschränkt und
machen sich frühzeitig durch Hörverlust bemerkbar. Die häufigeren Glomus jugulare
Tumore entstehen im Foramen jugulare, wachsen lokal aggressiv und können ins
Mittelohr und nach intrakraniell einbrechen. [46,4] Neben einer Destruktion des
Knochens zeigt sich im CT eine asymmetrische Aufweitung des Foramen jugulare.
[17,39]
Das congenitale Cholesteatom entsteht aus versprengten epithelialen Zellen und kann
überall im Felsenbein auftreten. Die Symptomatik ist abhängig von Größe und
31
Lokalisation (äußerer Gehörgang, Mittelohr, Innenohr oder Kleinhirnbrückenwinkel). [4]
Der häufigste Ursprungsort befindet sich im Mittelohr. Aufgrund des meist noch
intakten Trommelfells ist eine Diagnose mittels Otoskopie nicht möglich. [39] Mittels CT
lässt sich neben der Lokalisation und der Ausdehnung des Prozesses auch die häufig
vorkommende Knochenarrosion der Gehörknöchelchen bestimmen.
Das Schwannom ist ein gutartiger, langsam wachsender Tumor, der von den
Schwann-Zellen des peripheren Nervensystems ausgeht. [46] Im Bereich des
Felsenbeins entsteht er aus dem N. facialis oder bricht, ausgehend von den Hirnnerven
VIII-XI in das Mittelohr ein. [39] Im CT findet man meist eine Aufweitung des Kanals
des N. facialis (Fazialisschwannom) oder eine Aufweitung des inneren Gehörgangs
und
teilweise
einen
Einbruch
(Vestibularisschwannom). [20]
des
Die
Tumors
in
das
knöcherne
Labyrinth
Methode der Wahl zur Darstellung von
Schwannomen stellt aber sicherlich die MRT dar. [14,20]
Das Rhabdomyosarkom ist ein seltener, hochmaligner, mesenchymaler Tumor. Er
stellt den häufigsten Mittelohrtumor im Kindesalter dar. Im HRCT zeichnet er sich durch
äußerst aggressives Wachstum und deutliche Knochendestruktion aus. [14,39]
Zur Abklärung von Raumforderungen im Bereich des Felsenbeins kann das CT
wertvolle Hinweise zur Diagnose, Lokalisation und Ausdehnung liefern. Aufgrund ihres
sehr guten Knochenkontrasts eignen sich die hochauflösenden CT-Aufnahmen
besonders zur Darstellung der knöchernen Strukturen des Felsenbeins. [13,14,17,20]
Raumforderungen können an jeder Stelle des Felsenbeins auftreten und an jeder
knöchernen Struktur Veränderungen mit Arrosion, Destruktion und Sklerosierung
hervorrufen. Für 36 der 38 anatomischen Strukturen, die in dieser Studie erfasst
worden sind, konnte kein signifikanter Unterschied zwischen der Singleshot- und der
Spiral-CT-Aufnahme festgestellt werden.
Cochlea-Implantat-Operation
Eine häufige Indikation zur HR-CT des Felsenbeins ist die präoperative Diagnostik vor
Cochlea-Implantat-Operationen.
Bei dieser Operation wird nach einem retroaurikulären Hautschnitt zunächst eine
Antrotomie durchgeführt. Hierbei wird durch die Freilegung und Öffnung des Antrum
mastoideum, der größten Warzenfortsatzzelle, ein weiterer Zugang zur Paukenhöhle
geschaffen. Anschließend erfolgt eine posteriore Tympanotomie. Dabei muss darauf
geachtet werden, dass der Verlauf des N. fazialis knöchern bedeckt bleibt und auch die
Chorda
tympani
nicht
beeinträchtigt
wird.
Des
Weiteren
müssen
die
Gehörknöchelchen, die Stapediussehne, das runde und ovale Fenster und das
Promotorium dargestellt werden. Als nächstes erfolgt die Eröffnung des Innenohrs
32
(Kochleostomie)
in
sogenannter
„soft
surgery-Technik“.
Dabei
wird
mittels
Diamantbohrer ein Zugang zum runden Fenster oder der basalen Windung der
Cochlea geschaffen. Dann wird das Endost vorsichtig eröffnet und die Elektrode in die
Scala tympani der Cochlea vorgeschoben. [36,43]
Um eine Übersicht über anatomische Normvarianten oder krankhafte Veränderungen
zu erhalten, ist es wichtig vor jeder Cochlea-Implantat-Operation eine hochauflösende
Computertomographie der Felsenbeine anzufertigen. [52]
Hierdurch kann eine komplette cochläre Aplasie als Kontraindikation für eine CochleaImplantat-Op ausgeschlossen werden. Außerdem können ein enger innerer
Gehörgang, ein weiter Aquaeductus vestibuli oder cochläre Dysplasien präoperativ
erkannt werden.
In manchen Fällen kommt es auch nach dem Abheilen einer Meningitis durch eine
chronische Entzündung des Innenohres zu einer Labyrinthitis ossificans mit
Verknöcherung der basalen Schneckenwindungen. [25]
Solche pathologischen Veränderungen müssen präoperativ mit Hilfe einer FelsenbeinCT-Aufnahme erkannt werden, da sie unter Umständen einen anderen operativen
Zugang erfordern, wie zum Beispiel über die mittlere Schädelgrube. [12]
Neben einem generellen Überblick über die Anatomie des Felsenbeins sind bei der
präoperativen Diagnostik vor allem der Modiolus, die Knochenlamelle zwischen
mittlerer und oberer Schneckenwindung, der Aqueductus vestibuli, der Verlauf des N.
facialis und das Fenestra cochleae für die Beurteilung von Bedeutung.
Für den Modiolus, den Aqueductus vestibuli, den Verlauf des N. facialis und das
Fenestra cochleae konnte kein signifikanter Unterschied in der Beurteilung zwischen
den beiden CT-Aufnahmen festgestellt werden.
Lediglich bei der Knochenlamelle zwischen mittlerer und oberer Schneckenwindung
zeigte
sich
ein
signifikanter
Unterschied
zwischen
den
beiden
Untersuchungsverfahren. Allerdings wurde die Knochenlamelle hier sogar deutlich
besser auf der Singleshot-Aufnahme dargestellt.
Cholesteatom
Eine weitere Indikation für ein CT des Felsenbeins stellt das Cholesteatom dar. Ein
Cholesteatom
ist
eine
chronisch-eitrige
Entzündung
des
Mittelohrs
mit
Knochendestruktion und entsteht in den meisten Fällen durch Einwachsen von
Plattenepithel aus dem äußeren Gehörgang in die Paukenhöhle und die benachbarten
pneumatisierten Zellen. [4]
Mit zunehmendem Größenwachstum des Cholesteatoms kommt es zur Arrosion und
sukzessiven Destruktion des umliegenden Knochens. [34]
33
Die
Zerstörung
der
Gehörknöchelchenkette
führt
zu
einer
Schallleitungs-
schwerhörigkeit. Durch Einbruch in das Labyrinth kann es zu einer Labyrinthitis mit
Schallempfingungsstörung und Schwindel kommen. Auch eine Fazialisparese kann
durch Einwachsen in den Fazialiskanal auftreten.
Je nach Ausgangsort werden verschiedene Cholesteatome unterschieden.
Pars flaccida- oder Attic-Cholesteatome haben ihren Ursprung im Prussak Raum,
verdrängen die Gehörknöchelchen nach medial und dehnen sich durch den Aditus in
Antrum und Mastoid aus. Typisch für diese Cholesteatome ist eine relativ frühzeitige
Erosion des Scutums, die auch in CT-Aufnahmen sehr gut dargestellt werden kann und
zur Abgrenzung gegenüber anderen Cholesteatomen herangezogen werden kann. [54]
Die Pars-Tensa-Cholesteatome gehen meist vom Sinus tympani oder dem Recessus
facialis aus und breiten sich in Richtung des runden und ovalen Fensters aus oder in
Richtung des Mastoids aus und verdrängen die Gehörknöchelchen meist nach lateral.
[39] Selten geht das Cholesteatom vom anterioren Recessus des Trommelfells aus
(anterior epitympanic Cholesteatom). [39]
Die Diagnose Cholesteatom wird meist mittels Otoskopie gestellt, trotzdem ist ein
Felsenbein-CT für die Bestimmung der Größe, der genauen Lokalisation und der
Beurteilung der Knochendestruktion in den meisten Fällen unerlässlich.
Von den in dieser Studie ausgewählten anatomischen Strukturen sind für die
CT-Beurteilung bei Cholesteatom-Patienten vor allem folgende Strukturen wichtig:
Scutum, der Verlauf des N. facialis, die Gehörknöchelchen, das Körner Septum.
Für keine der Strukturen konnte ein signifikanter Unterschied zwischen der Spiral-CTAufnahme und der Singleshot-CT-Aufnahme festgestellt werden.
Entzündung
Eine akute Otitis media oder eine Mastoiditis erfordern in den meisten Fällen keine
radiologische
Darstellung.
Allerdings
ist
bei
bestehendem
Verdacht
auf
Komplikationen, wie eine einschmelzende Mastoiditis, Labyrinthitis, Petroapizitis,
Subperiostalabszess oder Hirnabszess ein Felsenbein-CT notwendig. [4,39]
Ligamentum mallei laterale
Die einzige anatomische Struktur bei der ein signifikanter Unterschied zwischen den
beiden CT-Untersuchungsmethoden festgestellt werden konnte und die auf der SpiralCT-Aufnahme besser dargestellt wurde, war das Ligamentum mallei laterale. Das
seitliche Hammerband zieht vom Hammerhals zum knöchernen Gehörgangsdach.
34
Zusammen mit dem Ligamentum mallei anterius und dem Ligamentum mallei superius
dient es der Aufhängung des Malleus und sorgt dafür, dass die Gehörknöchelchen in
ihrer Position gehalten werden. Veränderungen der Bandaufhängung haben
Auswirkungen auf die Schallleitung und somit auf das Hörvermögen.
In einer Studie zeigte Dai et al [15], dass eine Versteifung des Ligamentum mallei
anterius und dem Ligamentum mallei superius zu einer reduzierten Beweglichkeit des
Trommelfells und der Steigbügelfußplatte vor allem bei niedrigen Frequenzen führt.
Eine Versteifung beider Bänder hat eine Schallleitungsschwerhörigkeit von etwa 15 db
zufolge. Eine Durchtrennung der beiden Bänder hat nur einen geringen Einfluss auf die
Beweglichkeit von Trommelfell und Steigbügelfußplatte.
Eine Felsenbein-CT-Aufnahme kann bei Patienten mit Schallleitungsstörung wertvolle
diagnostische Hinweise bringen. Lemmerling et al [33] stellte mittels konventionellem
HRCT mit einer Schichtdicke von 1mm die Ligamente des Mittelohrs dar und fand
Anhaltspunkte dafür, dass besonders dicke und „zu gut“ darstellbare Bänder auf
pathologische Veränderungen hindeuten.
Bei der Darstellung des Aufhängungsapparates der Gehörknöchelchen ist die SpiralCT-Aufnahme der Singleshot-CT-Aufnahme überlegen.
Besonders bei Verdacht auf Ossifikation der Ligamente oder zur postoperativen
Darstellung sollte deshalb das Spiral-CT eingesetzt werden.
N. facialis
Der Nervus facialis lässt sich in seinem Verlauf durch das Felsenbein in 3 Segmente
einteilen. Über den Porus acusticus internus zieht der Nerv in das Felsenbein und tritt
hier in den Canalis nervi facialis ein. Er verläuft im labyrinthären Segment bis zum
äußeren Fazialisknie (Ganglion geniculi), hier biegt er fast rechtwinklig nach lateral und
hinten um, verläuft dann im Bogen (tympanaler Abschnitt) über die Paukenhöhle
hinweg und zieht dann im mastoidalen Segment nach kaudal und verlässt im Foramen
stylomastoideum die Schädelbasis. [32]
Verletzungen des N. facialis sind eine Komplikation die bei nahezu jeder otologischen
Operationen auftreten kann. Obwohl der Nerv in seinem intratemporalen Verlauf
normalerweise durchgehend knöchern begrenzt ist, ist er eine sehr verwundbare
Struktur. [48]
Besonders wenn der Nerv von pathologischem Gewebe wie Tumor- oder
Narbengewebe umgeben ist, ist es häufig schwer, den Nerv zu identifizieren. Auch
eine große Vielzahl von anatomischen Normvarianten im Verlauf des Nerven erschwert
das chirurgische Vorgehen.
35
Die präoperative Darstellung des Verlaufs des Nervus Facialis mithilfe der HRCT
verringert das intraoperative Verletzungsrisiko erheblich. [48,53]
Wie Yu et al. 2007 [53] zeigte, konnte eine pathologische Beteilung des N. facialis im
mastoidalen Abschnitt bereits präoperativ mit großer Sicherheit auf HRCT-Bildern
dargestellt werden.
Physiologische oder pathologische Dehiszenzen treten typischerweise in zwei Drittel
der Fälle im tympanalen Abschnitt des Nerven auf. Hier ist der Nerv nur von einer
kleine Knochenlamelle umgeben, die nur geringen Schutz vor Entzündungen, Tumoren
und Cholesteatomen im Mesotympanon bietet. [53]
In dieser Studie wurde der Verlauf des N. facialis in insgesamt 5 verschiedene
Bereiche unterteilt, die einzeln beurteilt wurden. Dazu gehörten das labyrinthäre
Segment, das Fazialisknie, der tympanale Abschnitt, das mastoidale Segment und
noch einmal separat aufgrund der klinischen Relevanz die knöcherne Begrenzung des
Nerven im Mittelohr.
Diese 5 anatomischen Strukturen konnten bei fast allen Patienten und bei beiden
Untersuchungsverfahren sehr gut abgegrenzt werden.
In einem Fall konnte auf einer Spiral-CT-Aufnahme aufgrund sehr deutlicher
Bewegungsartefakte im linken und rechten Felsenbein kein sicherer kontinuierlicher
Verlauf im Mastoid ausgemacht werden (Abb.15a). In der entsprechenden SingleshotAufnahme konnte der gesamte N. facialis eindeutig abgegrenzt werden (Abb.15b).
Zeit
Einer der großen Vorteile der Singleshot-CT-Aufnahme ist, dass alle erforderlichen
Daten innerhalb einer Rotation der Gantry um den Patienten akquiriert werden. Die
Datenerhebung dauert also nur 1 Sekunde. Im Vergleich zu einer entsprechenden
Spiral-CT-Aufnahme (12,3 Sekunden) des Felsenbeins bedeutet das eine Reduktion
der Aufnahmezeit um 92%. Die Zeit, die der Patient bewegungslos liegen bleiben
muss, wird dadurch deutlich verringert.
Gerade
bei
unruhigen
und
unkooperativen
Patienten
kann
dies
helfen,
Bewegungsartefakte zu reduzieren oder gar zu vermeiden.
Vor allem bei Kindern ist es oftmals schwierig, CT-Untersuchungen ohne
Bewegungsartefakte zu erhalten. In den meisten Fällen ist eine Sedierung, teilweise
sogar eine Narkose, nötig um die erforderliche Kooperation bzw. Immobilisation zu
erreichen. [26,38] Dadurch erhöht sich das Komplikationsrisiko im Vergleich zu einer
reinen CT-Untersuchung um ein Vielfaches. Hier ist vor allem die Gefahr einer zu tiefen
Sedierung mit Atemdepression und Hypoxämie zu nennen. [38]
36
Neben den vermehrten Risiken für den Patienten kommt ein erhöhter Zeit- und
Personalaufwand für die Vorbereitung, Sedierung, Narkose und anschließende
Überwachung hinzu.
Aber auch bei älteren Patienten kommt es immer wieder vor, dass eine CT-Aufnahme
durch zu starke Bewegungsartefakte nicht diagnostisch verwertbar ist und aus diesem
Grund wiederholt werden muss. Neben der Verzögerung der Diagnosestellung und
dem Mehraufwand führt dies zu einer doppelten Strahlenexposition.
Durch die reduzierte Untersuchungsdauer der Singleshot-CT-Technik bei Aufnahmen
des Felsenbeins kann sicherlich in etlichen Fällen auf eine Sedierung verzichtet
werden oder eine Wiederholung der CT-Aufnahme verhindert werden.
Bei der Auswertung der Daten dieser Studie konnten bei keiner der 27 Singleshot-CTAufnahmen Bewegungsartefakte gefunden werden (Abb.15b). Die Spiral-CTAufnahmen hingegen wiesen bei zwei Patienten Bewegungsartefakte auf und einige
Strukturen konnten deshalb nur sehr undeutlich oder gar nicht abgegrenzt werden
(Abb.14 und 15a). In allen Fällen reichte aber die Bildqualität der Spiral-CT-Aufnahmen
für die jeweilige klinische Fragestellung aus und eine Wiederholung der Aufnahme war
somit nicht notwendig.
Strahlendosis
Die Gesamthäufigkeit für Röntgenuntersuchungen (umfasst sowohl konventionelles
Röntgen, CT-Untersuchungen, Angiographien) ist in Deutschland im Zeitraum von
1996-2005 leicht gesunken. Im Gegensatz dazu ist die Anzahl der CT-Untersuchungen
während dieser Zeit kontinuierlich gestiegen. Die effektive Dosis pro Einwohner hat
ebenfalls in diesem Zeitraum kontinuierlich zugenommen. Diese Steigerung der
Strahlenbelastung pro Kopf ist größtenteils auf die Zunahme der CT-Untersuchungen
zurückzuführen. [7]
Aufgrund dieses Zusammenhangs ist es erstrebenswert, die Strahlenbelastung von
CT-Untersuchungen zu reduzieren. Seit 1. Juli 2002 wurden in der Röntgenverordnung
diagnostische Referenzwerte für typische Untersuchungen mit Röntgenstrahlung
eingeführt. Diese Dosisangaben müssen nicht in jedem Fall eingehalten werden,
allerdings dürfen sie im Mittel nicht ungerechtfertigt überschritten werden.
Die durchschnittlichen Dosiswerte für die Spiral-CT-Aufnahmen des Felsenbeins in
dieser Studie (DLP = 306 mGy x cm, CTDIw = CTDIvol x Pitch = 50 mGy x 0,8 = 40
mGy) liegen deutlich unter der Vorgabe der deutschen Röntgenverordnung für
Schädel-CT-Aufnahmen (Hirnschädel DLP= 1050 mGy x cm, CTDIw = 60 mGy). [9]
37
Unabhängig von den Referenzwerten für radiologische Untersuchungen fordern die
deutsche Röntgenverordnung [50] und die Richtlinie 97/43 Euratom [45] gemäß dem
ALARA–Prinzip (as low as reasonably achievable), die Untersuchung mit der
niedrigstmöglichen Dosis durchzuführen, die noch zur Beantwortung der klinischen
Fragestellung ausreicht.
Die Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins in dieser Studie kommt mit einer
deutlich verringerten Strahlendosis für den Patienten aus, bei nahezu identischer
Aussagekraft der CT-Bilder. So konnte der CTDIvol im Durchschnitt um 67% gegenüber
der
entsprechenden
Spiral-CT-Aufnahme
gesenkt
werden.
Für
das
Dosislängenprodukt konnte sogar eine durchschnittliche Reduktion um 79% erreicht
werden.
Neben
der
verkürzten
Untersuchungszeit
stellt
die
geringere
Strahlenexposition der Patienten einen weiteren großen Vorteil der Singleshot-CTAufnahme des Felsenbeins dar.
Diese Studie hat gezeigt, dass Spiral-CT-Aufnahmen und Singleshot-CT-Aufnahmen
des Felsenbeins bei einer Auswertung mit einer Schichtdicke von 0,8 mm keinen
signifikanten Unterschied in der Bildqualität aufweisen. Nur bei 2 der 38 beurteilten
anatomischen Strukturen konnte ein signifikanter Unterschied gefunden werden und
nur eine der Strukturen konnte mit der Spiral-CT-Technik besser dargestellt werden.
Durch eine verkürzte Untersuchungsdauer und eine deutlich verringerte Strahlendosis
hat die Singleshot-CT-Aufnahme zwei große Vorteile gegenüber der Spiral-CTAufnahme. Eine endgültige Aussage, inwieweit eine Singleshot-Aufnahme die SpiralCT-Aufnahme des Felsenbeins ersetzen kann, erfordert noch einen Vergleich mit den
standardmäßigen Spiral-CT-Aufnahmen mit einer Schichtdicke von 0,4 mm.
38
5. Abbildungen
Abbildung 5a
Abb. 5a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene.
Die Knochenlamelle zwischen mittlerer und oberer Schneckenwindung ist besser
beurteilbar als auf der Spiral-CT-Aufnahme.
Abbildung 5b
Abb. 5b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb. 5a),
axiale Ebene. Die Knochenlamelle zwischen mittlerer und oberer Schneckenwindung
ist kaum erkennbar.
39
Abbildung 6a
Abb. 6a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene. Das
Ligamentum mallei laterale ist kaum erkennbar.
Abbildung 6b
Abb. 6b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb. 6a),
coronale Ebene. Das Ligamentum mallei laterale lässt sich deutlich besser abgrenzen
als auf der Singleshot-CT-Aufnahme.
40
Abbildung 7a
1
4
2
3
Abb. 7a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene. Caput mallei
(1), Scutum (2), Membrana tympanica (3), Tendo musculus tensor tympani (4).
Abbildung 7b
1
4
2
3
Abb. 7b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb. 7a),
coronale Ebene. Caput mallei (1), Scutum (2), Membrana tympanica (3), Tendo
musculus tensor tympani (4).
41
Abbildung 8a
1
2
3
Abb. 8a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene. Crista
falciformis (1), Ampulla (2), Meatus acusticus internus (3).
Abbildung 8b
1
2
3
Abb. 8b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb. 8a),
coronale Ebene. Crista falciformis (1), Ampulla (2), Meatus acusticus internus (3).
42
Abbildung 9a
1
4
2
3
Abb. 9a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Ligamentum
mallei anterius (1), Caput mallei (2), Corpus incudis (3), Articulatio incudomallearis (4).
Abbildung 9b
1
4
2
3
3
Abb. 9b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb. 9a),
axiale Ebene. Ligamentum mallei anterius (1), Caput mallei (2), Corpus incudis (3),
Articulatio incudomallearis (4).
43
Abbildung 10a
1
4
3
2
1
Abb. 10a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, Ebene parallel zu
Incudostapedial-Gelenk. Caput stapedis (1), Crus longum incudis (2), Processus
lenticularis incudis (3),Articulatio incudostapedialis (4).
Abbildung 10b
1
2
4
3
Abb. 10b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb.
10a), Ebene parallel zu Incudostapedial-Gelenk. Caput stapedis (1), Crus longum
incudis (2), Processus lenticularis incudis (3),Articulatio incudostapedialis (4).
44
Abbildung 11a
Abb. 11a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Crura stapedis
Abbildung 11b
Abb. 11b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb.
11a), axiale Ebene. Crura stapedis
45
Abbildung 12a
1
3
2
Abb. 12a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Canalis n.
facialis: Ganglion geniculi (1), Canalis n. facialis: labyrinthäres Segment (2), Canalis n.
facialis: tympanales Segment (3).
Abbildung 12b
3
1
2
Abb. 12b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb.
12a), axiale Ebene. Canalis n. facialis: Ganglion geniculi (1), Canalis n. facialis:
labyrinthäres Segment (2), Canalis n. facialis: tympanales Segment (3).
46
Abbildung 13a
1
2
3
Abb. 13a: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Canalis n.
facialis: tympanales Segment (1), Knöcherne Begrenzung des n. facialis im
tympanalen Segment (2), Crus breve incudis (3).
Abbildung 13b
1
2
3
Abb. 13b: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in Abb.
13a), axiale Ebene. Canalis n. facialis: tympanales Segment (1), Knöcherne
Begrenzung des n. facialis im tympanalen Segment (2), Crus breve incudis (3).
47
Abbildung 14
Abb. 14: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene. Deutliche
Bewegungsartefakte die eine Beurteilung erschweren.
Abbildung 15a
Abb. 15a: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Deutliche
Bewegungsartefakte, der Verlauf des N. Facialis im Mastoid ist nur eingeschränkt
beurteilbar.
48
Abbildung 15b
Abb. 15b: Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, (gleicher Patient wie in
Abb. 15a), axiale Ebene. Keine Bewegungsartefakte.
Abbildung 16
Abb. 16: Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Links: Befund einer
Otitis media mit Mastoiditis, Mastoidzellen und Tympanon komplett verschattet.
49
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7. Anhang
7.1. Tabellenverzeichnis
Tab. 1:
Aufnahme-, Rekonstruktions- und Fenstereinstellungen der
Singleshot-CT-Aufnahme
13
Tab. 2:
Aufnahme-, Rekonstruktions- und Fenstereinstellungen der
Spiral-CT-Aufnahme
14
Tab. 3:
Anatomische Strukturen des Felsenbeins, die zur Beurteilung
der CT-Aufnahmen herangezogen wurden
16
Tab. 4:
Bewertungsskala
17
Tab. 5:
Interpretation der Kappawerte
18
Tab. 6:
Übereinstimmung der Auswerter
20
Tab. 7:
Kappa-Index und prozentuale Übereinstimmung der Auswerter
für die einzelnen anatomischen Strukturen
21
Tab. 8:
Ergebnisse des Wilcoxon-Test für jede anatomische Struktur
23
Tab. 9:
Ergebnisse des Wilcoxon-Test nach p-Wert geordnet und dem
korrigierten α gegenübergestellt
25
Tab. 10:
Dosiswerte für die CT-Untersuchungen
27
54
7.2. Abbildungsverzeichnis
Abb. 1:
Spiral-CT
8
Abb. 2:
Pitchfaktor, a Tischvorschub ist gleich der Schichtkollimation b
Tischvorschub ist doppelt so groß wie Schichtkollimation
10
Abb. 3:
CTDI
12
Abb. 4:
Dosislängenprodukt einer Scanserie (n=15, H=10mm)
13
Abb. 5a:
38
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene.
Die Knochenlamelle zwischen mittlerer und oberer
Schneckenwindung ist besser beurteilbar als auf der Spiral-CTAufnahme.
Abb. 5b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 5a), axiale Ebene. Die Knochenlamelle zwischen mittlerer
und oberer Schneckenwindung ist kaum erkennbar.
Abb. 6a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene. Das 39
Ligamentum mallei laterale ist kaum erkennbar.
Abb. 6b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
39
Abb. 6a), coronale Ebene. Das Ligamentum mallei laterale lässt
sich deutlich besser abgrenzen als auf der Singleshot-CTAufnahme.
Abb. 7a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene.
Caput mallei, Scutum, Membrana tympanica, Tendo musculus
tensor tympani
40
Abb. 7b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 7a), coronale Ebene. Caput mallei, Scutum, Membrana
tympanica, Tendo musculus tensor tympani
40
Abb. 8a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene.
Crista falciformis, Ampulla, Meatus acusticus internus
41
Abb. 8b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 8a), coronale Ebene. Crista falciformis, Ampulla, Meatus
acusticus internus
41
Abb. 9a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene.
Ligamentum mallei anterius, Caput mallei, Corpus incudis,
Articulatio incudomallearis
42
Abb. 9b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 9a), axiale Ebene. Ligamentum mallei anterius, Caput
mallei, Corpus incudis, Articulatio incudomallearis
42
Abb. 10a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, Ebene parallel zu
Incudostapedial-Gelenk. Caput stapedis, Crus longum incudis,
Processus lenticularis incudis, Articulatio incudostapedialis
43
38
55
Abb. 10b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 10a), Ebene parallel zu Incudostapedial-Gelenk. Caput
stapedis, Crus longum incudis, Processus lenticularis incudis,
Articulatio incudostapedialis
Abb. 11a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Crura 44
stapedis
Abb. 11b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 11a), axiale Ebene. Crura stapedis
Abb. 12a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene.
45
Canalis n. facialis: Ganglion geniculi, Canalis n. facialis:
labyrinthäres Segment, Canalis n. facialis: tympanales Segment
Abb. 12b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
Abb. 12a), axiale Ebene. Canalis n. facialis: Ganglion geniculi,
Canalis n. facialis: labyrinthäres Segment, Canalis n. facialis:
tympanales Segment
Abb. 13a:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene.
46
Canalis n. facialis: tympanales Segment, Knöcherne Begrenzung
des n. facialis im tympanalen Segment, Crus breve incudis
Abb. 13b:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie in
46
Abb. 13a), axiale Ebene. Canalis n. facialis: tympanales
Segment, Knöcherne Begrenzung des n. facialis im tympanalen
Segment, Crus breve incudis
Abb. 14:
47
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, coronale Ebene.
Deutliche Bewegungsartefakte die eine Beurteilung erschweren.
Abb. 15a:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Deutliche
Bewegungsartefakte, der Verlauf des N. Facialis im Mastoid ist
nur eingeschränkt beurteilbar.
Abb. 15b:
Singleshot-CT-Aufnahme des Felsenbeins (gleicher Patient wie 48
in Abb. 15a), axiale Ebene. Keine Bewegungsartefakte.
Abb. 16:
Spiral-CT-Aufnahme des Felsenbeins, axiale Ebene. Links:
Befund einer Otitis media mit Mastoiditis, Mastoidzellen und
Tympanon komplett verschattet.
43
44
45
47
48
56
7.3. Danksagung
Ich bedanke mich bei Herrn Prof. Dr. Uder, dem Direktor des Radiologischen Instituts
der Universität Erlangen, für die Möglichkeit zur Promotion in seiner Abteilung.
Meinem Doktorvater, Herrn PD Dr. Lell danke ich für die Vergabe des Themas und die
hervorragende Betreuung während der gesamten Zeit. Er stand mir immer mit Rat und
Tat zur Seite.
Ich danke Frau Dr. Böhner, Chefärztin des Radiologischen Instituts am Klinikum
Ansbach, für Ihr Mitwirken am Zustandekommen der Arbeit.
Danken möchte ich auch Herrn Dr. med. Siegfried Schwab für die stets nette und
hilfreiche Zusammenarbeit und die engagierte Unterstützung.
Bei Frau Rämsch bedanke ich mich ganz herzlich für die biometrische Beratung und
die Anregungen zur statistischen Aufarbeitung.
Ganz besonders danke ich meinen Eltern für ihre Geduld und ihren Zuspruch in
schwierigen Situationen.