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Bestimmung von Umrechnungsfaktoren für dosisrelevante Messgrößen in der digitalen Volumentomographie

20.12.2019

Die digitale Volumentomographie (DVT) hat in den letzten Jahren in verschiedenen Bereichen wie der interventionellen Radiologie und der postoperativen Diagnostik stark an Bedeutung gewonnen. Leider ist die Vergleichbarkeit der Strahlenbelastung mit der Computertomographie (CT) schwierig wegen der konzeptionell unterschiedlichen Kenngrößen, das Dosisflächenprodukt (DFP) für die DVT und das Dosislängenprodukt (DLP) für die CT. Deshalb ist im Juli 2019 ein vom BfS initiiertes gemeinsames Forschungsprojektes der PTB und des Städtischen Klinikums Braunschweig gestartet mit dem Ziel, die Umrechnung der dosimetrischen Kenngrößen für die DVT und für die CT für die Untersuchungen zu ermöglichen, die mit beiden Modalitäten durchgeführt werden können.

3D-Bildgebung nimmt innerhalb der diagnostischen und therapeutischen Versorgung von Patienten eine immer größere Rolle ein. Wo früher anhand von Projektionsaufnahmen Operationen geplant wurden, wird aktuell anhand dreidimensionaler Datensätze wesentlich präziser und patientenschonender geplant. Aber auch in der konkreten Durchführung von Interventionen und Operationen haben sich Änderungen ergeben. Zunehmend häufiger erfolgen postoperative Kontrollen von Eingriffen nicht erst nach der eigentlichen Operation durch einen Computertomographen (CT), sondern bereits im Operationsraum mit einem digitalen Volumentomographie-System (DVT). In weiteren Fällen werden DVT-Aufnahmen anstelle von CT-Aufnahmen vor einer Intervention durchgeführt, z.B. innerhalb der Schlaganfallversorgung, um die Zeit bis zum Start der Intervention zu verkürzen.

Die aktuelle Entwicklung führt dazu, dass Untersuchungen mit gleicher oder zumindest ähnlicher klinischer Intention sowohl an konventionellen CT- als auch an DVT-Systemen durchgeführt werden. Im Hinblick auf die Dosimetrie entsteht hieraus eine Herausforderung. Die Messung der Strahlenexposition erfolgt bei konventioneller CT unter Verwendung des Volumen-Computertomographie-Dosisindex (CTDIVOL) und Dosislängenproduktes (DLP). An DVT-Systemen wird dagegen das Dosisflächenprodukt (DFP) als Kenngröße verwendet.

Das DFP ist für die DVT die plausible Kenngröße, da mit diesen Geräten auch Durchleuchtungsuntersuchungen durchgeführt wurde, bei denen das DFP die in Deutschland übliche Messgröße ist. Das gleiche gilt für den für die CT entwickelten CTDIVOL beziehungsweise DLP. Die Kenngrößen unterscheiden sich allerdings konzeptionell und sind deshalb nicht trivial ineinander umrechenbar. Die computertomographischen Kenngrößen messen die Dosis in einem Phantom, welche dann unter Verwendung von Konversionsfaktoren in eine Patientendosis umgerechnet werden kann. Eine laterale Überstrahlung des Phantoms bzw. Patienten hat hierdurch keinen direkten Einfluss auf den Messwert. Anders beim DFP: Das DFP misst die Einfallsdosis multipliziert mit der Größe des exponierten Feldes. Eine laterale Überstrahlung des Patienten ist daher wirksam auf den Messwert, wenngleich für die Höhe der Patientenexposition unbedeutend. Hierdurch ist es nicht ohne weiteres möglich, die Strahlenexposition zu vergleichen, die im Rahmen der Durchführung vergleichbarer Untersuchungen an beiden Gerätetypen dokumentiert wird.

Eine Möglichkeit des Vergleiches von Dosiswerten bietet sich durch die diagnostischen Referenzwerte (DRW). Diese werden spätestens alle drei Jahre vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) veröffentlicht. Sie sind laut §1, Absatz 4 der Strahlenschutzverordnung definiert als „Dosiswerte bei Anwendung ionisierender Strahlung am Menschen für typische Untersuchungen, bezogen auf Standardphantome oder auf Patientengruppen, für einzelne Gerätekategorien“. Sie werden berechnet aus Daten, die das BfS jedes Jahr über die zuständigen Behörden von den ärztlichen Stellen erhält. DRWs dienen nicht als Grenzwerte, sondern als Mittel zur Qualitätssicherung, um ungerechtfertigte Überschreitungen einer mittleren Dosis über einen längeren Zeitraum zu erkennen und zu verhindern.

Im Rahmen eines vom BfS in Auftrag gegebenen Forschungsprojektes untersucht die Arbeitsgruppe 6.25 in Kollaboration mit dem Klinikum Braunschweig Möglichkeiten, die dosisrelevanten Messgrößen ineinander umzurechnen. Dazu werden Untersuchungen betrachtet, für die es Anwendungen sowohl mit CT- als auch DVT-Systemen gibt, und für die diagnostische Referenzwerte vom BfS veröffentlicht werden. Ziel ist, diese Umrechnungsfaktoren in die Veröffentlichung der DRWs miteinzubeziehen.

Das Projekt ist im Juli 2019 gestartet. Zunächst wird der Stand der Forschung mit Hilfe einer Literaturstudie festgehalten, und die Konzepte zur Ermittlung der Umrechnungsfaktoren im Einzelnen ausgearbeitet. Danach sind Messungen an zehn verschiedenen DVT-Systemen und zwei CT-Systemen geplant. Dabei werden zunächst die Kenngrößen gemessen, also DFP am DVT beziehungsweise DLP und CTDIVOL am CT, und mit der Dosis an verschiedenen Körperteilen verglichen. Diese Dosis wird mit Hilfe von zwei anthropomorphen Phantomen bestimmt, die mit sehr kleinen und damit punktgenau messenden Dosis-Sensoren gespickt sind. Aus dem Vergleich der Kenngrößen über die Organ- oder effektiven Dosen lassen sich dann die Umrechnungsfaktoren bestimmen.

Parallel werden Berechnungen mit der Simulationssoftware ImpactMC durchgeführt. Diese können zur Validierung mit den Messungen verglichen werden. Die Simulationen bieten dann die Möglichkeit, die Variation der Umrechnungsfaktoren bei Änderung verschiedener Variablen zu untersuchen, zum Beispiel in Abhängigkeit der Röhrenspannung, verschiedener Filterungen oder Ausblendungen.

Ansprechpartner

Opens window for sending emailS. Ketelhut, Fachbereich 6.2, Arbeitsgruppe 6.25

Opens window for sending emailL. Büermann, Fachbereich 6.2, Arbeitsgruppe 6.25

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