Aus der Klinik für Strahlenheilkunde
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Methodische und klinische Evaluation eines modernen Flachbettdetektors und des Dual Energy Verfahrens

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Torsten Freund
aus Cottbus

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. J. Ricke
2. Prof. Dr. med. K. J. Klose
3. Prof. Dr. med. M. Galanski

Datum der Promotion: 23.06.2006

Zusammenfassung

Ziel der Dissertation war, einen experimentellen Prototyp der Dual Energy Technik (XQi revolution, GE Medical Systems, Milwaukee, Wisc, USA) zu evaluieren. Bei diesem Verfahren werden ein Hartstrahl (120 kV) und ein 60 kV Bild geschossen. Im Anschluß werden diese beiden Bilder voneinander subtrahiert und es entsteht ein Knochenbild, in dem die Weichteilstrukturen, und ein Weichteilbild, indem die knöchernen Strukturen mathematisch herausgerechnet wurden.

In einer initialen Studie verglichen wir das XQi Revolution, welches auf indirektem CsI (Cäsium Iodit) / a: Si (amorphes Silizium) basiert mit einem direkten Digitalröntgengerät a: SE (amorphes Selen) an einem CDRAD-Phantom bei vier unterschiedlichen Eintrittsdosen und an einem TRG-Phantom bei zwei unterschiedlichen Eintrittsdosen. Mittels des berechneten Bildqualitätsfaktors des CDRAD-Phantoms konnten wir zeigen, daß das indirekte im Vergleich zum direkten System bei niedrigeren Dosen eine bessere Detail-erkennungsrate aufweist. Ein positiver Trend läßt sich auch beim TRG-Phantom darstellen.

In einer weiteren Studie untersuchten wir anhand von Patientenbildern die Bildqualität des Dual Energy Systems bei zwei unterschiedlichen Dosisniveaus, der Standarddosis sowie einer doppelten Dosis, was einem Speed-Äquivalent von 400/1000 bzw. 200/500 entspricht. Bei hoher Dosis konnten wir eine signifikante Reduktion des Rauschens im Knochen- und Weichteilbild feststellen, gleichzeitig nahmen die Störungen durch Bewegungsartefakte signifikant zu.

Im Anschluß verglichen wir die Erkennbarkeit verkalkter Lungenpathologien im Standard P/A Bild mit zusätzlichem Einsatz von Dual Energy. Als Goldstandard erfolgte der sichere Nachweis der Pathologien im CT. Bei zusätzlichem Einsatz von Dual Energy konnten wir eine signifikante Steigerung der Sensitivität erkennen. Dieses Ergebnis wurde durch den Qualitätsfaktor, der die Bildeigenschaften kumulativ beschreibt, bestätigt.

Weiterhin untersuchten wir analog die Erkennbarkeit von nichtverkalkten Lungenrundherden. Auch bei diesen Pathologien ließ sich ein positiver Trend der Sensitivität und Spezifität bei zusätzlichem Einsatz von Dual Energy erkennen. Zusätzlich stieg die durchschnittliche Entscheidungssicherheit der Gutachter signifikant an.

Damit bietet die Dual Energy Subtraktionstechnik eine wertvolle Ergänzung in der Diagnostik verkalkter und nichtverkalkter Lungenpathologien eine wertvolle Ergänzung zum Standardröntgen, bei einem gemessenen Dosisanstieg durch Verwendung des Dual Energy Verfahrens um 14 % zu den Standardaufnahmen in zwei Ebenen.

Abstract

First study assess and quantify the image quality at two dose levels for an amorphous Silicon (a:Si) Cesium Iodide (CsI) flat panel system compared with a direct amorphous Selenium (a:Se) digital radiography system. Image quality of a:Si flat panel digital radiography proved to be superior to a:Se drum digital radiography using low-dose settings.
Second study assess the image quality of subtracted soft tissue and bone images of a CsIdetector-based dual-energy system for chest radiography at varying dose levels. Radiation dose did not significantly influence the perception of dual-energy image quality.
Next study assess the value of dual-energy chest radiography obtained using a cesium iodide flat-panel detector in addition to standard posteroanterior chest radiography for the detection of calcified chest abnormalities. When dual-energy images were added, sensitivity increased significantly. Brunner and Langer’s test revealed a highly significant difference between posteroanterior chest radiography and dual-energy imaging in the detection of calcified chest abnormalities. Dual-energy images added to standard posteroanterior chest radiographs significantly improve the detection of calcified chest lesions.
Last study compare the sensitivity and specificity of digital chest radiography alone with digital chest radiography combined with dual-energy chest radiography in the detection of small non-calcified pulmonary nodules. Standard and dual-energy radiographs were obtained with a flat-panel digital chest system. The increase of nodule detection overall as well as for different size categories was significant. The increase of the confidence level rating was also significant. Dual energy added to standard posteroanterior chest radiography significantly improves the sensitivity, specificity, and confidence in detection of small non-calcified pulmonary nodules.
Dual-energy subtraction has the potential to become a future routine application in chest radiography.

Eigene Schlagworte: Digitale Radiologie, amorphes Selen, amorphes Silizium, Thoraxröntgen, Dual-Energy-Subtraktion, Dual Energy, Flachbettdetektoren, Digitale Detektoren, Lungenrundherde, verkalkte Pathologien

Keywords: digital radiography, amorphous selenium, amorphous silicon, chest radiography, dual-energy subtraction, dual energy, flat panel radiography, digital detector radiography, pulmonary nodule, calcified chest abnormalities

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14.09.2006