Benchmarking und Optimierung. CT-Scanprotokollen

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1 Benchmarking und Optimierung von CT-Scanprotokollen H.D. Nagel Dr. HD Nagel - Wissenschaft & Technik für die Radiologie Buchholz i.d.n. 1

2 Themen Grundlagen Leitfaden, Hilfsmittel Beispiel Praxistipps. 2

3 Grundlagen CT-Umfrage 1999 MSCT-Zusatzumfrage 2002 Pädiatrische CT-Umfrage 2005/06 Diagnostische Referenzwerte (2003/2010/2016) Optimierungsstudie (2002) CT-Leitlinie BÄK (2007) NRPB-Publikation 10/1 (1999) ICRP-Publikation 87 und 102 (2001, 2008) plus eigene praktische Erfahrungen seit Gewichteter CTDI (mgy) MW Umfrage '99 MHH Standard MC-Studie 0 LE/NI THO ABDBE BE Untersuchungsregion 3

4 HS GS/NNH GS+H THO ABD+BE BE LE/NI TST/FU ATH AAB PG BS HWS LWS Mittel Relative Dosis Feedback / Benchmarking Umfrage 99 Beispiel: Uniklinik X (moderner Spiralscanner mit Festkörperdetektor) 120% Durchschnitt aller Teilnehmer 100% 80% 60% Mittelwert Uniklinik X * 1/3 CTDIw DLPw 40% 20% 0% Untersuchungsart 4

5 Multi-Center-Optimierungsstudie Bilder von 4 Untersuchungsregionen mit verschiedenen Dosiseinstellungen (simuliert) Bewertung: Je 3 Radiologen in 4 Universitäten, 4 Großkliniken and 4 Praxen Kriterium: Rauschen mäßig, nicht störend (Score 3 von max. 4) 120% 100% Relative CTDI vol 80% 60% 40% Survey average Survey 1st quartile Start value of study Optimized value 20% 0% Chest Abdomen +Pelvis Liver/ Kidneys Pelvis (Soft Tissue) Type of Examination Erhebliches Einsparungspotential gegenüber damaliger Expositionspraxis 5

6 Vorschlag für Referenzwerte CT-UNTERSUCHUNGSART CTDI w [mgy] DLP [mgy cm] Hirnschädel Gesichtsschädel/ Nasennebenhöhlen * Thorax Nur 7 statt 14 Untersuchungsarten Abdomen Keine Becken Empfehlungen 28 zu Zielwerten 750 Oberbauch Lendenwirbelsäule ** * bei Sinusitis; ggf. höhere Werte bei Frakturdiagnostik ** im Rahmen der Bandscheibendiagnostik Vorschlag DRG/ZVEI (s. Umfragereport Offizielle Referenzwerte (BfS,2003) (DLP für komplette Untersuchungen) 14 Standaruntersuchungsarten - 3. Quartile = von 75% der Umfrageteilnehmer eingehalten - 1. Quartile = achievable doses (NRPB 1999) - Unterschied: rund Faktor 2 Korridor: 3. Quartile = Grenzwert, 1. Quartile = Zielwert. 6

7 Referenzwerte Schweiz (2010) Insgesamt 21 Untersuchungsarten, DRW und Zielgrösse 7

8 Referenzwerte Deutschland (2016) Insgesamt 20 Untersuchungsarten, DRW, keine Zielgrösse 8

9 Themen Grundlagen Leitfaden, Hilfsmittel Beispiel Prxistipps. 9

10 CT-Leitfaden Kochrezept zur Protokolloptimierung Neufassung 2010 (neue Referenzwerte) Zielgruppe: - Ärztliche Stellen - Medizinphysiker - Applikationspersonal - Anwender Optimierungsstrategie - Erfassung der Standard-Scanprotokolle - Dosisanpassung entsprechend Geräteklasse - Korrektur entsprechend Fragestellung Download: 10

11 Optimierungsprozedur Schritt 1: Erfassung der Scanprotokolle Ansprechpartner für Rückfragen? (1) Tel. oder Untersuchungsregion Institut Gerätehersteller Gerätetyp Inbetriebnahme Monat: Untersuchungsparameter Scanparameter Rekonstruktion & Display Dosisanzeige (13) Scanvolumen (ca.-angaben) ca. Länge (2) Anzahl U I (4) t R (5) N (6) h col (7) TV (8) h rekon (9) RI (10) FK (11) Fenster (12) CTDI w,eff DLP obere Grenze untere Grenze [cm] Serien(3) [kv] [ma] [s] [mm] [mm] [mm] [mm] Window Level [mgy] [mgy cm] Jahr : Hirnschädel (14) Vertex bis Basis infratentoriell supratentoriell Gesichtsschädel / NNH (15) Gesichtsschädel / Hals (16) Stirnhöhle bis Keilbeinhöhle Sella bis SD-Unterrand Fraktur Sinusitis Halsbereich Thorax C7/D1 Sinus Abdomen incl. Becken (17) Zwerchfellkuppe bis Symphyse Schulterbereich Nativserie KM-Serie Becken unt. Nierenpol Symphyse Leber / Niere Zwerchfellkuppe unt. Nierenpol Gesamter Rumpf (18) C7/D1 bis Symphyse Tumorstaging Polytrauma Aorta thorakal Clavicula Zwerchfell Aorta abdominal Zwerchfell Hüftgelenk Pulmonalgefäße Clavicula Zwerchfellkuppe Beckenskelett Beckenkamm Sitzbeinhöcker HWS (bitte typische Zahl der Segmente angeben:) LWS (bitte typische Zahl der Segmente angeben:) Hinweise: Filterkern (FK) Code (11) Angabe des Röhrenstroms I (4) Stark glättend VSM Bitte ankreuzen: 1. Die Angaben sollen sich auf Standarduntersuchungen beziehen Glättend SMO ma oder Leicht glättend LSM mas? 2. Bei mehreren Geräten für jeden Scanner bitte einen separaten Bogen Standard STD Elektrische ma oder Leicht schärfend LSH Effektive ma (4b)? 3. Bitte unbedingt die Erläuterungen auf dem "Merkblatt" beachten! Schärfend SHA Feststrom oder Die Zahlenangaben in (..) beziehen sich auf das Merkblatt. Stark schärfend VSH Dosisregelung (4c,d)? Spezial-Filter SPZ 11

12 Erfassung der Scanprotokolle Alternativ: Protokollexport vom Scanner GE Exportmöglichkeit: einfach (im Anwendermodus) Format: CSV Konvertierung in Excel: komplex, da Datenstruktur uneinheitlich; Dezimalpunkt statt -komma Philips Exportmöglichkeit: komplex (nur im Servicemodus) Format: proprietär Konvertierung in Excel: einfach mittels Philips-eigener Software (konfigurierbar) Siemens Exportmöglichkeit: einfach (im Anwendermodus) Format: XML Konvertierung in Excel: relativ einfach (copy&paste), aber: Dezimalpunkt statt -komma Toshiba Exportmöglichkeit: im Anwendermodus (?), erst ab Scanner-Software 4.93 (EP-Export) Format: XML (?) Konvertierung in Excel:? 12

13 Optimierungsprozedur Schritt 2: Dosisanpassung entsprechend Geräteausstattung Geräteausstattung Spiral-CT Detektortyp Relatives Dosisniveau Anmerkung Nein Gas 130% ca. 3. Quartile Nein Festkörper 100% Mittelwert Ja Gas 100% Mittelwert Ja Festkörper 65% ca. 1. Quartile Anwendbar für alle Gerätetypen (ESCT- und MSCT-Geräte) Bezug: Bundesweite Umfrage 1999 Dosisgrößen - ESCT: CTDI w und DLP pro Untersuchung (Rauschen abhängig von CTDI w ) - MSCT: CTDI vol und DLP pro Untersuchung (Rauschen abhängig von CTDI vol ) Mit Iterativer Rekonstruktion Dosisniveau ca. Faktor 2 niedriger - abhängig vom Fabrikat - je nach Fragestellung (niedrig- oder hochkontrastig) 13

14 Aktuelles Dosisniveau in Deutschland CTDIvol-Niveau 2012 vs. 1999/2002 Medianwerte (CTDIvol) (Quellen: CT-Umfragen 1999, 2002 und 2012) CTDIvol-Niveau 2012 geringer als zuvor gegenüber 1999 (Einzelschicht-CT) im Mittel um 35% gegenüber 2002 (Mehrschicht-CT) im Mittel um 25% 14

15 Aktuelles Dosisniveau in Deutschland DLP-Niveau 2012 vs. 1999/2002 Medianwerte (DLP pro Serie) (Quellen: CT-Umfragen 1999, 2002 und 2012) DLP-Niveau 2012 geringer als zuvor, aber gegenüber 1999 (Einzelschicht-CT) im Mittel nur um 10% gegenüber 2002 (Mehrschicht-CT) im Mittel nur um 20% 15

16 Optimierungsprozedur Schritt 3: Korrektur entsprechend Fragestellung 16

17 Optimierungsprozedur Schritt 3: Korrektur entsprechend Fragestellung 17

18 Optimierungsprozedur Schritt 3: Korrektur entsprechend Fragestellung 18

19 Optimierungsprozedur Schritt 3: Korrektur entsprechend Fragestellung 19

20 Optimierungsprozedur Schritt 3: Korrektur entsprechend Fragestellung 20

21 Hilfsmittel: CT-Expo ( Benchmarking ) 21

22 Themen Grundlagen Leitfaden, Hilfsmittel Beispiel Praxistipps. 22

23 Beispiel aus der Praxis Benchmarking der Scanprotokoll-Einstellungen ESCT-Spiralscanner mit Festkörperdetektor Mittleres Dosisniveau: 104% (CTDI w ), 109% (DLP pro Untersuchung) Adäquates Dosisniveau: 65%. 23

24 Beispiel aus der Praxis Identifizierung der Ursachen für überhöhte Dosiswerte akt. Ref. Scanlänge [cm] HS GS/NNH GS+H(H) GS+H(B) THO ABD+BE BE LE/NI RUMPF ATH AAB PG BS HWS(H) HWS(B) LWS Scanlänge 24

25 Beispiel aus der Praxis Identifizierung der Ursachen für überhöhte Dosiswerte Scanlänge [cm] Anzahl Serien ,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 akt. Ref. akt. Ref. 0 0,5 HS 0,0 HS GS/NNH GS/NNH GS+H(H) GS+H(H) GS+H(B) THO GS+H(B) THO ABD+BE BE LE/NI ABD+BE BE LE/NI RUMPF Scanlänge RUMPF ATH ATH AAB AAB PG BS PG BS HWS(H) HWS(H) HWS(B) LWS HWS(B) LWS Anzahl Scanserien 25

26 Beispiel aus der Praxis Identifizierung der Ursachen für überhöhte Dosiswerte Scanlänge [cm] Anzahl Serien ,5 3,0 2,5 2,0 Pitchfaktor 1,5 1,0 0,5 HS 0,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 HS GS/NNH 0,0 GS/NNH HS GS+H(H) GS/NNH GS+H(H) GS+H(B) THO GS+H(H) GS+H(B) THO ABD+BE GS+H(B) BE LE/NI THO ABD+BE BE LE/NI RUMPF Scanlänge ABD+BE BE ATH AAB PG LE/NI RUMPF ATH AAB RUMPF Anzahl Scanserien Pitchfaktor ATH BS PG AAB akt. Ref. akt. Ref. akt. Ref. PG BS HWS(H) BS HWS(H) HWS(B) HWS(H) HWS(B) LWS HWS(B) LWS LWS 26

27 Beispiel aus der Praxis Identifizierung der Ursachen für überhöhte Dosiswerte Scanlänge [cm] Anzahl Serien ,5 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 Pitchfaktor 1,5 1,0 0,5 HS 0,0 1,5 Schichtdicke [mm] HS GS/NNH 1,0 0,5 0, GS/NNH HS GS+H(H) 2 0 GS/NNH HS GS+H(H) GS+H(B) GS/NNH GS+H(H) GS+H(B) THO THO ABD+BE GS+H(H) GS+H(B) BE LE/NI THO ABD+BE BE LE/NI RUMPF Scanlänge GS+H(B) THO ABD+BE BE ABD+BE ATH AAB PG BE LE/NI RUMPF ATH AAB LE/NI RUMPF Anzahl Scanserien Pitchfaktor ATH RUMPF ATH AAB PG BS akt. Ref. akt. Ref. akt. Ref. akt. Ref. AAB PG BS HWS(H) PG BS HWS(H) HWS(B) BS HWS(H) HWS(B) LWS HWS(H) HWS(B) LWS HWS(B) LWS LWS Schichtdicke 27

28 Beispiel aus der Praxis Gründe für überhöhte Dosiswerte Grund 1: Pitch nicht erhöht Grund 2: 140 kv ohne Anpassung des Röhrenstroms. 28

29 Beispiel aus der Praxis Maßnahmen zur Protokolloptimierung 140 -> 120 kv für alle Untersuchungen (ausgenommen CTA) Anpassung der mas-einstellung, so dass rel. CTDI w = ca. 65% Erhöhung des Pitches auf ca. 1.5 (ausgenommen HS, HWS, LWS) 80 / 100 kv für alle CTA-Untersuchungen Korrektur der mas-einstellung entsprechend Fragestellung. 29

30 Beispiel aus der Praxis Ergebnisse der Optimierungsprozedur Erzielte Dosisreduktion: CTDI w : Faktor 2.2 (104% -> 48%) DLP Unters. : Faktor 2.9 (109% -> 38%). 30

31 Themen Grundlagen Leitfaden, Hilfsmittel Beispiel Praxistipps. 31

32 Prioritäten setzen Protokolle klassifizieren: häufig / selten / nie benutzt Information aus Dosismonitoring-Systemen nutzen (sofern vorhanden) vorrangig: Gesamtabdomen, Thorax, Oberbauch, gesamter Rumpf, LWS, Hirnschädel andere, sofern lokal bedeutsam (z.b. Kinderprotokolle, Herz, Trauma etc.) Ist-Zustand und vorgenommene Änderungen dokumentieren Protokollmanagement einführen (sofern nicht bereits vorhanden) Festlegen: wer darf Protokolle modifizieren, wie ist zu dokumentieren. 32

33 Optimierung von Kinderprotokollen Empfehlungen aus deutscher Pädiatrie-CT-Umfrage 2005/06 (Rumpf) kg ca. Alter Abdomen Thorax WS Mon. 10 % 7 % 25 % m - 1 J 17 % 10 % 50 % J 30 % 20 % 75 % J 50 % 33 % 125 % J 75 % 50 % 200 % > 18 J 100 % 65 % 250 % Relativer CTDIvol für Kinder entsprechend Körpergewicht, bezogen auf die optimierten Abdomen-Protokolleinstellungen für Erwachsene. Faustformel (Abdomen): rel. CTDI vol = (Körpergewicht + 5 kg) / 85 kg 33

34 Optimierung von Kinderprotokollen Empfehlungen aus deutscher Pädiatrie-CT-Umfrage 2005/06 (Kopf) Alter 0-3 Mon. 4 m - 1 J 2-5 J 6-10 J J > 15 J Hirnschädel 45 % 55 % 65 % 85 % 100 % 100 % Gesichtsschädel 15 % 18 % 22 % 28 % 33 % 33 % Relativer CTDIvol für Kinder entsprechend Alter, bezogen auf die optimierten Hirnschädel-Protokolleinstellungen für Erwachsene. 34

35 Verfahren bei Dosisautomatiken Adäquat-Rausch-Systeme (Philips, Siemens) Referenz-mAs: i.d.r. ähnlich wie bei manueller Einstellung Resultierender CTDI vol unmittelbar ersichtlich Referenz-Durchmesser: i.d.r. nicht angegeben Im Zweifelsfall (z.b. bei Halsprotokollen): Reaktion mit 16cm Dosimetrie-Phantom ermitteln Daraus auf Referenzdurchmesser (Kopf oder Rumpf) schließen. 35

36 Verfahren bei Dosisautomatiken Konstant-Rausch-Systeme (GE, Toshiba) Rauschindex-Vorgaben (Standard-Patient und -Kernel, 5 mm-schicht): Abdomen: 12 (HU), Thorax: 15 (HU), Hirnschädel: 3-4 (HU) Ggf. modifizieren je nach Schichtdicke und Rekonstruktionsfilter Andere Bereiche: per Trial & Error Jeweils 3 Körpergrößen-Protokolle mit abgestuften Rauschvorgaben Problem: Einstellwerte für obere und untere ma-grenze Einstellung: per Trial & Error Regelungsspielraum: Faktor 3 (d.h. ma max = 3 x ma min ) Dringend erforderlich: Simulationsrechner Zusammenhang Rauschindex-mAs für unterschiedliche Einflüsse d.h. Objektdicke, Schichtdicke, Rekonstruktionsfilter etc. Bringeschuld Hersteller Danach: Fälle analysieren auf Einhaltung der gewünschten Dosiswerte. 36

37 Manuelle Spannungsanpassung Sinnvoll bei fehlender kv-automatik Nur bei Anwendungen mit Kontrastmittel!!! Jeweils 3 Körpergrößen-Protokolle mit abgestuften kv-werten schlank (80 kv), normal (100 kv), kräftig (120 kv) Definition über BMI- oder Körpergewichtsgrenzen Bereichsgrenzen abhängig von Röhrenleistung und Dosisbedarf Dosiseinsparpotential umsetzen (bezogen auf CTDI vol ) CTA: 80 kv, 100 kv Organanreicherung: 80 kv, 100 kv Vorsicht bei,lernenden Dosisautomatiken (Philips DoseRight 2). 37

38 Dosisfalle Dünnschicht-Technik Dosisanpassung bei Verringerung der Schichtdicke? h rec = 10 mm h rec = 2.5 mm Anzahl der Röntgenquanten pro Schicht sinkt proportional h rec Bildrauschen steigt proportional Wurzel aus 1/h rec Für konstantes Bildrauschen Dosiserhöhung proportional 1/h rec erforderlich 38

39 N*h col = 4*2,5 mm h rec = 3 mm CTDI vol = 11 mgy (rel. 65%) 39

40 N*h col = 4*2,5 mm h rec = 5 mm CTDI vol = 11 mgy (rel. 65%) 40

41 N*h col = 4*2,5 mm h rec = 7 mm CTDI vol = 11 mgy (rel. 65%) 41

42 N*h col = 4*2,5 mm h rec = 10 mm CTDI vol = 11 mgy (rel. 65%) 42

43 Partialvolumeneffekt Schichtdicke h Schichtdicke h Schichtdicke h x-y-ebene z-achse x-y-ebene z-achse x-y-ebene z-achse 43

44 Partialvolumeneffekt rel. Bildqualität 10 1 Kontrast C 1 h Rauschen N 1 h C 1/N CNR CNR 1 h 0, Schichtdicke h (mm) Kontrast nimmt stärker zu als Rauschen Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR) maßgeblich für Detailerkennbarkeit Verbessertes CNR bei dünnen Schichten (ohne Dosiserhöhung). 44

45 Dosisfalle Dünnschicht-Technik Dünnschichttechnik ist lediglich Mittel zum Zweck Erforderlich für hochwertige MPR- und 3-D-Darstellungen zur Überwindung des Partialvolumeneffekts Betrachtung erfolgt in der Regel mit dickeren Schichten über Rekonstruktion oder Bildnachverarbeitung dabei Rausch- und Artefaktreduktion Betrachtung dünner Schichten bei Partialvolumeneffekt dabei überwiegt Gewinn infolge Kontraststeigerung Dosiserhöhung bei Dünnschichttechnik weitestgehend vermeidbar. 45

46 120% 100% Relative CTDI vol 80% 60% 40% Danke Survey average Survey 1st quartile Start value of study Optimized value 20% 0% Chest Abdomen +Pelvis Liver/ Kidneys Pelvis (Soft Tissue) Type of Examination 46