Dosimetrie dreidimensionaler bildgebender Verfahren des Beckens

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39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Dosimetrie dreidimensionaler bildgebender Verfahren des
Beckens in der Unfallchirurgie mit hochempfindlichen Thermolumineszenzdosimetern
Berger, Johannes1; Stuby, Fabian2; Hoffmann, Jürgen3; Heuschmid, Martin4 und
Buchgeister, Markus1
1Univ.
Klinik für Radioonkologie, Medizinische Physik, Tübingen, 2 Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik, Tübingen 3Univ. Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Tübingen, 4Univ. Klinik für Radiologische Diagnostik, Tübingen
Einleitung
Eine Weiterentwicklung der zumeist intraoperativ genutzten C-Bogen-Röntgengeräte erweitert diese um die
Berechnung von Schnittbildaufnahmen mittels der ConeBeam-Computertomographie. Dabei rotiert die Röntgenröhre und der ihr gegenüberliegende Bildverstärker um den
Patienten und registriert eine gleichmäßige Folge von sich
überlappenden Röntgenbildern. Die Schnittbildtechnik
liefert gegenüber einer Projektionsaufnahme eine bessere
geometrische Darstellung insbesondere knöcherner Strukturen. Damit ist sowohl bei der Frakturversorgung im
Extremitätenbereich, am Körperstamm sowie im Bereich
des Gesichtsschädels eine 3D-Bildgebung während der
Operation möglich. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung
der Röntgendosis bei solchen Aufnahmen am Beispiel des
Beckens (Zentrierung auf die Ileosacralfuge (IS) rechts)
für die in Abb. 1 gezeigten C-Bogen Siemens Arcadis
Orbic 3D (Siemens AG, Erlangen) sowie Ziehm Vision
Vario 3D (Ziehm Imaging GmbH, Nürnberg). Als Referenz für die Dosiswerte dient eine „klassische“ Computertomographie mit einem Standard Beckenprotokoll 64Zeilen Computertomograph Siemens Somatom Sensation.
Material und Methoden
Die C-Bogen-Geräte sind auf eine einfache Bedienung
unter OP-Bedingungen hin optimiert und geben daher
weitestgehend vordefinierte Aufnahmeprotokolle vor.
Daneben stehen verschiedene Dosismodi (Siemens:
high/low, Ziehm: high, medium, low) zur Verfügung, um
die Strahlungsparameter individuell an den Patienten anpassen zu können. Während das Siemensgerät einen
Abb. 1: Oben: Siemens Arcadis Orbic 3D; Mitte: Ziehm Kreisbogen von 190° für eine 3D-Aufnahme mit 100 bzw.
Vision Vario 3D; Unten: Siemens Sensation 64 50 Einzelbildern durchfährt, benötigt der Ziehm Vario
CT mit Alderson Phantom.
Vision 3D nur eine Rotation von 135° um einen wählbaren
Abb. 2: Beispiel einer exzentrische
Rotation des Ziehm Vision Vario
3D.(Quelle: Ziehm Imaging GmbH)
Fußzeile TimesNewRoman 10
exzentrischen Punkt innerhalb des C-Bogens bei 110 Bildern im
3D-Modus. Dabei wird der C-Bogen während der Aufnahme sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen verfahren, so
dass der Abstand des Bildverstärkers konstant um den gewünschten
Punkt bleibt (Abb. 2). Zusätzlich zu den unterschiedlichen Dosismodi sieht das Ziehmgerät noch eine „Large Patient Key“-Funktion
(LPK) zur Erhöhung der Röntgenintensität durch eine Variation der
Hochspannung und des Röhrenstroms pro Bild vor. Zur Messung
wurde jeweils das high und low dose Protokoll verwendet, beim
Ziehm C-Bogen noch zusätzlich mit und ohne die LPK-Funktion.
Die Geräteparameter des Siemens Arcadis Orbic 3D sind für das
high dose Protokoll: 68 kVp; Exp. Time 7059 ms; Röhrenstrom
8100 µA; Dosisflächenprodukt 107 cGycm2 und für das low dose
Protokoll: 69 kVp; Exp.time 3659 ms; Röhrenstrom 9300 µA; Do-
39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
sisflächenprodukt 90 cGycm2. Das 3D-Scanvolumen beträgt 12x12x12 cm3.
Die Geräteparameter des Ziehm Vision Vario 3D sind bis auf das 3D-Scanvolumen mit 12.8x12.8x12.8 cm3
momentan noch nicht verfügbar.
Die Untersuchung wurden an dem Becken eines Alderson Phantoms (Alderson Research Laboratories, Stanford, CT, USA) für die in der Tabelle 1 bzw. 2 aufgeführten Messpunkte durchgeführt. Pro Messpunkt wurden
drei gewebeäquivalente Thermolumineszenzdosimeter (TLD) vom Typ LiF(Mg,Cu,P) TL-100H (rods Ø 1mm x
6 mm) der Firma Thermo Electron, Wermelskirchen, verwendet. Die TLDs wurden bei 100 kV mit einer Referenzdosis von 1,013 mGy kalibriert und in einem Harshaw 5500 Automatic TLD-Reader (Thermo Electron,
Wermelskirchen) ausgelesen. Die Dosiswerte wurden je Organ aus den jeweiligen TL Dosiswerten zu den zugehörigen Organdosen gemittelt.
Ergebnisse und Diskussion
Die Dosiswerte der Messpunkte sind in Tabelle 1 und 2
aufgelistet. Zusätzlich ist in der
letzten Spalte das Dosisverhältnis zwischen dem Siemens
Beckenkamm
Arcadis zum Ziehm Vario ohne
rechts
8,04
1,59
7,22
1,87
84,9
LPK-Funktion für das high
IS-Fuge rechts
6,38
0,94
5,38
1,28
73,3
bzw. low dose Protokoll in
Ovar rechts
7,45
0,60
2,58
0,69
87,7
Prozent angegeben.
Ovar links
7,60
0,46
2,76
1,91
24,1
In Tabelle 1 sind zusätzlich
Spinalkanal
5.62
0.92
6.73
1.71
53.7
als
Referenz die Dosiswerte des
Uterus
10,12
0,21
1,24
0,68
30,5
Siemens
CTs angegeben. Im
Blase
9,75
0,15
1,43
0,65
23,0
Vergleich zeigt sich, dass die
Rektum
9,40
0,27
3,19
1,47
18,4
Dosiswerte des Ziehm mit der
Hoden
2,79
0,01
0,08
0,05
28,0
LPK-Funktion denen des CT im
Tab. 1: Dosiswerte der high dose Protokolle für CT, Siemens Arcadis 3D und Ziehm
Beckenkamm, der IleosakralVario 3D mit bzw. ohne Large-Patient-Key (LPK)-Funktion.
fuge und dem Spinalkanal nahekommen. Ohne die LPKDosisverhältnis
Dosis an
Siemens
Ziehm Vision Ziehm Vision
Siemens ArcaFunktion reduzieren sich die
bezeichneter
Arcadis
Vario 3D mit Vario 3D
dis / Ziehm
Werte auf rund ein Viertel
Messposition
Orbic 3D
LPK
ohne LPK
Vision Vario
(rechte Messpunkte und Spinal[mGy]
ohne LPK / [%]
kanal) bzw. etwa die Hälfte
Beckenkamm
(übrige Messpunkte). Damit
rechts
1,13
1,61
0,77
146,1
liegen sie teilweise nahe den
IS-Fuge rechts
0,64
1,22
0,51
124,3
Dosiswerten des Siemens ArcaOvar rechts
0,44
0,51
0,27
162,7
dis Orbic oder leicht höher.
Ovar links
0,92
1,62
1,37
67,2
Auch für die low dose ProtoSpinalkanal
0,68
1,58
0,67
101,1
kolle
in Tabelle 2 ergibt sich ein
Uterus
0,19
0,57
0,37
49,6
vergleichbares Bild, wobei
Blase
0,13
0,53
0,31
42,3
allerdings ohne die LPK-FunkRektum
0,21
1,23
0,58
36,6
tion des Ziehm C-Bogens die
Hoden
0,01
0,04
0,03
41,4
Dosis sich nur noch auf ca. 40 –
Tab. 2: Dosiswerte der low dose Protokolle für Siemens Arcadis 3D und Ziehm Vario
80 % erniedrigt.
3D mit bzw. ohne Large-Patient-Key (LPK)-Funktion.
Das low dose Protokoll des
Siemens Arcadis reduziert die Dosis, indem statt 100 nur 50 Bilder während der Rotation aufgenommen werden.
Daraus resultiert in den Messungen jedoch nur eine Reduktion der Dosis auf ca. 80% im Mittel über die ausgewählten Messpunkte, so dass vermutlich die Röntgenröhre nicht mit den gleichen Aufnahmeparameter pro Bild
betrieben wurde.
Beim Vergleich der auf der rechen Seite befindlichen Messpunkte (in den Tabellen grau unterlegte Zeilen) fallen diese in der rechten Spalte durch höhere relative Dosiswerte des Siemens Arcadis auf: Im high dose Protokoll
82% zu 26% im Mittel, im low dose Protokoll 144% zu 56%. Dies entspricht etwa einem Faktor drei. Eine Erklärung findet sich in dem auf 135° verkürzten Drehwinkel des Ziehm Vision Vario 3D, bei dem die Röntgenröhre in ihrer Endposition nicht wieder auf die Höhe der rechten Hüfte hochfährt. Damit entfallen Röntgenpositionen, die der Siemens Arcadis zusätzlich durchleuchtet und die den in Tabelle 1 und 2 grau unterlegten Messpunkten nahe sind. Die übrigen Dosispunkte liegen nur teilweise oder ganz außerhalb des 3D-Volumens, so dass
diese vom Röntgenstrahlkegel während der Aufnahmebogen um die IS-Fuge rechts nicht permanent durchstrahlt
werden. Hier tritt bei beiden Geräten nur die Streustrahlung an den Messpunkten in Erscheinung.
Dosis an bezeichneter
Messposition
[mGy]
Siemens
Somatom
Sensation,
64 Zeilen
CT
Siemens
Ziehm Vision
Arcadis
Vario 3D
Orbic
mit LPK
3D
Fußzeile TimesNewRoman 10
Dosisverhältnis
Ziehm
Siemens Arcadis /
Vision
Ziehm Vision
Vario 3D
Vario ohne LPK
ohne LPK
[%]
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