MDCT: Risiko und Belohnung

Seit mehr als drei Jahrzehnten ist die CT ein wichtiges diagnostisches Bildgebungsinstrument.1,2 Insbesondere technologische Fortschritte in den letzten 5 Jahren haben die Nutzungsmuster der CT beeinflusst. Einfach gesagt, wir verwenden CT häufiger.3 Der wichtigste technische Fortschritt, der für diesen Anstieg verantwortlich ist, ist die Multidetektor-CT (MDCT), die sowohl ein schnelleres Scannen als auch das Potenzial für eine höhere Bildqualität bietet.2 Es gab mehrere wichtige Konsequenzen dieser Technologie. Erstens gibt es mehr Optionen (und damit Protokolle) für die CT-Auswertung. Diese Optionen beinhalten die Manipulation einer Vielzahl von CT-Parametern, die die Menge der abgegebenen Strahlung steuern, eine direkte Determinante der Bildqualität.4,5 Obwohl es viele Möglichkeiten gibt, sind einige davon ungeeignet, da die Strahlungsmenge, die ein Patient erhält, über das hinausgeht, was für eine diagnostische Untersuchung erforderlich ist.6,7 Da sich die Strahlungsmenge, die die CT liefert, mit der Strahlungsmenge überschneidet, von der berichtet wurde, dass sie Krebs verursacht,8 ist dies ein Kostenfaktor für die CT. Es ist diese Erkenntnis, dass es ein potenzielles (und viele argumentieren, ein greifbares) Strahlungsrisiko gibt, das viele der jüngsten technischen Entwicklungen mit CT vorangetrieben hat. Das heißt, es wird zunehmend gefordert, die Bildqualität gegen das Risiko abzuwägen. Aus diesen Gründen wird das folgende Material die jüngsten und prognostizierten Nutzungsmuster überprüfen, die Technologie und die technologischen Fortschritte der CT und ihre Auswirkungen auf klinische Anwendungen diskutieren und einige der jüngsten klinischen Anwendungen sowie das, was wir wissen (und nicht wissen) über Strahlenrisiko mit CT.

Muster der CT-Anwendung

Seit seiner Einführung in den frühen 1970er Jahren ist die CT zu einem unschätzbaren Werkzeug in der diagnostischen Bildgebung geworden.1 Noch wichtiger ist, dass die Verwendung von CT zunimmt. Es ist nicht absolut bekannt, wie viele CT-Untersuchungen pro Jahr in den USA oder weltweit durchgeführt werden. Schätzungen zufolge werden in den USA jährlich bis zu 65 Millionen CT-Untersuchungen durchgeführt.9 Wenn wir davon ausgehen, dass die Vereinigten Staaten etwa 25% der weltweiten Gesamtmenge ausmachen3, bedeutet dies, dass weltweit möglicherweise 260 Millionen CT-Untersuchungen durchgeführt werden. Betrachtet man nur die Anzahl der in den Vereinigten Staaten durchgeführten CT-Untersuchungen bei einer US-Bevölkerung von 290.000.000.10 gemäß der Volkszählung von 2002, so werden CT-Untersuchungen mit einer Rate von einer pro vier oder fünf Personen durchgeführt. Für Kinder reichen Schätzungen von 600.000 bis 1,3 Millionen Untersuchungen in den Vereinigten Staaten pro Jahr.3 Neuere Daten von Mettler et al. deuten jedoch darauf hin, dass dies eine Unterschätzung sein kann, da etwa 11% aller CT-Untersuchungen in der pädiatrischen Altersgruppe durchgeführt werden können.11 Bei Anwendung dieses Prozentsatzes auf 65 Millionen jährliche Untersuchungen in den Vereinigten Staaten kann die Anzahl der pädiatrischen CT-Untersuchungen mehr als verzehnfacht werden als angenommen.

Auch die Zahl der CT-Untersuchungen ist in den letzten 20 Jahren dramatisch gestiegen. Mehrere Quellen helfen, diesen Punkt zu unterstreichen.3,9,12 In einem Zeitraum von 14 Jahren, der 1995 endete, stieg beispielsweise die Anzahl der CT-Untersuchungen um das Siebenfache. Eine weitere Schätzung über einen Zeitraum von 18 Jahren ergab, dass die Zahl der Untersuchungen von 3,6 Millionen auf 33 Millionen gestiegen ist, mehr als 800%. Andere Quellen deuten darauf hin, dass die CT-Nutzung voraussichtlich um etwa 10% bis 15% pro Jahr zunehmen wird.13 Darüber hinaus spiegeln diese Zahlen nicht den Verlauf der derzeitigen Nutzung wider. Das heißt, die neueste Multidetektor-Technologie treibt die Nutzung weiter voran und beschleunigt sie durch einen verbesserten Wert sowohl in traditionellen als auch in neuen Anwendungen. Zu den traditionellen Anwendungen gehören eine verbesserte Bewertung von Traumata sowie die Erkennung und Überwachung von Krebs. Neue Anwendungen in den letzten 5 Jahren umfassen CT-Angiographie (CTA) von Herz- und Gefäßstrukturen, Beurteilung von Lungenembolie, urologische Beurteilung (z. B. Nierensteine), Beurteilung von Blinddarmentzündung, Dünndarmverschluss und Screening CT für koronare Herzkrankheit und Krebs. Insbesondere sind diese neuen Anwendungen häufig anzutreffen medizinische Bedingungen, die zu einer häufigen CT-Auswertung führen. Es ist diese aufkeimende Anwendung der neuen MDCT-Technologie für gängige medizinische Indikationen, insbesondere Screening-CT, Das wird wahrscheinlich die Häufigkeit von Untersuchungen mit wichtigen sozioökonomischen Auswirkungen auf das Gesundheitswesen beschleunigen.14,15 Parallel zu dieser zunehmenden Nutzung und teilweise aufgrund der verstärkten Aufmerksamkeit für Strahlenrisiken wurden Regulierungs- und Praxisstandards gefordert.3,16 Eine Überprüfung dieser Normen geht über den Rahmen dieses Artikels hinaus, der Leser wird jedoch auf eine Quelle verwiesen, die Anfang 2004 verfügbar sein soll.3

Technik, Technik

Während einer CT-Untersuchung liegt die Person auf einem Bett, auch Tisch genannt. Diese Tabelle durchläuft eine Gantry, die die gegenüberliegende Röntgenquelle enthält (180?) die Röntgendetektoren. Diese Gantry dreht sich kontinuierlich um den Patienten, während sich der Tisch durch die Gantry bewegt. Die Bilder werden basierend auf dem Charakter (Energie und Menge) des Röntgenstrahls gebildet, der auf die Detektoren trifft, nachdem er das Individuum passiert hat. Der Charakter wird von den verschiedenen Organen und Strukturen beeinflusst, durch die er geht. Wie bei einer herkömmlichen 35-mm-Kamera steuert eine Vielzahl von Einstellungen oder Parametern (diese werden vom CT-Technologen an der Scannerkonsole ausgewählt) die Menge und Energie der Röntgenstrahlen. Beispiele für diese Einstellungen sind Röhrenstrom (Milliampere oder mA), Spitzenkilospannung (kVp) und die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry-Ausrüstung oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches durch die Gantry. Diese Einstellungen tragen zur Bilderzeugung und Bildqualität bei.

In den frühen 1990er Jahren gab es einen großen Sprung nach vorne in der CT: Schleifringtechnologie. Es ermöglichte dem Portal, sich kontinuierlich zu drehen, ungehindert von Drähten und Kabeln, was zuvor bedeutete, dass ein bis zwei Umdrehungen im Uhrzeigersinn von ein bis zwei Umdrehungen gegen den Uhrzeigersinn gefolgt werden mussten, um das Binden der Wickelvorrichtung zu verhindern. Dieser Sprung wurde als helikale (oder spiralförmige) CT bezeichnet; Der Begriff stellt im Wesentlichen eine Verfolgung des spiralförmigen Weges des Röntgenstrahls entlang des Patienten dar, da sich das Portal kontinuierlich dreht, während sich der Tisch (und der Patient) durch das Portal bewegen. Darüber hinaus haben sich die Röntgendetektoren durch mehrere Iterationen weiterentwickelt, was in der Regel zu einem effektiveren und effizienteren Einfangen und Umwandeln von Röntgenstrahlen führte. 1998 wurde die Detektortechnologie erneut weiterentwickelt, sodass mehrere Detektorreihen gleichzeitig Röntgenstrahlen erfassen und umwandeln konnten. Diese Weiterentwicklung wird als Multislice- oder Multidetektor-CT bezeichnet. In den letzten 5 Jahren hat sich die Anzahl der Detektorreihen von einer einzigen Reihe (der ersten helikalen CT) erhöht, so dass die Hersteller jetzt 16-reihige (oder 16-schichtige) MDCT anbieten. Grundsätzlich ermöglicht die erhöhte Anzahl von Detektoren die Umwandlung eines breiteren Röntgenstrahls für jede Rotation. Ein Vorteil dieses breiteren Strahls ist, dass der Patient nun schneller durch den Röntgenscanner reisen kann. Beispielsweise können MDCT-Scans in Brust oder Bauch bei kleinen Kindern routinemäßig in 2 bis 5 Sekunden abgeschlossen werden. Eine verbesserte Bildqualität hat sich auch aus dieser sich entwickelnden Technologie ergeben.

Schnelleres Scannen hat mehrere Vorteile. Vor allem bei Kindern ist eine Sedierung seltener erforderlich. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den langen Bildaufnahmezeiten für die MRT (jede MRT-Sequenz kann mehrere Minuten dauern, und die Gesamtzahl der Sequenzen bedeutet eine Untersuchungsdauer von typischerweise 30 bis 60 Minuten). Schnelle Bildgebung reduziert auch den Einsatz von Ressourcen für die pädiatrische Sedierung, eine große Kosteneinsparung.17 Dies ist ein Grund dafür, dass MDCT bei Kindern häufiger als MR für ähnliche Anwendungen durchgeführt wird. Eine schnellere Bildgebung verringert auch das Bewegungsartefakt, insbesondere bei Patienten mit eingeschränkter Atemhaltefähigkeit während des Scannens, wie z. B. kleinen Kindern. Ein schnelleres Scannen wurde auch angewendet, um periodische Bewegungen wie die mit dem Herzen für die Herz- und Koronararterienauswertung „einzufrieren“. Während der Durchsatz durch schnelleres Scannen möglicherweise verbessert wird, wird ein Großteil der Scanzeit des Patienten für das Einrichten des Scans, die Vorbereitung des Patienten und die Reinigung des Raums aufgewendet. Dennoch gibt es eine gewisse Verbesserung des Durchsatzes mit schnellerer MDCT.

Abbildung 1. Zehnjähriger Junge mit Schmerzen und Schwellungen seiner linken unteren Extremität für mehrere Monate. (a) Seitliches Röntgenbild zeigt verdickten, sklerotischen Kortex der linken Tibia. (b) Axiales Bild von einer CT-Untersuchung durch die mittlere Tibia zeigt einen kleinen Bereich der Klarheit mit einem zentraleren Bereich der dichten Sklerose ? der Nidus (großer Pfeil). Beachten Sie die umgebende Verdickung und Sklerose der Tibia (kleine Pfeile). Dieser leuchtende Bereich stellt das Zentrum eines gutartigen Knochentumors, eines Osteoidosteoms, dar. (c) Die Rekonstruktion des axialen Datensatzes in eine Sagittalebene zeigt den Nidus und die Scelorose ohne Artefakte.

Ein weiterer Vorteil der MDCT-Technologie war, dass dünnere Scheiben erhalten werden können. Der Vorteil dünnerer Scheiben ist eine verbesserte Detailtreue, insbesondere Bildschärfe (bzw. räumliche Auflösung). Die jüngste MDCT mit dünnen (Submillimeter-) Schichtdicken bietet die Möglichkeit für multiplanare (z. B. koronale und sagittale) und dreidimensionale Darstellungen von Strukturen (Abbildung 1), die im Wesentlichen frei von Artefakten sind, die ältere CT-Technologien plagten .18 Bilder können nun schnell und effizient in mehreren Ebenen mit Details rekonstruiert werden, die erreicht worden wären, wenn der Scan tatsächlich in der Ebene erhalten worden wäre. Dadurch entfallen zusätzliche Ebenen, beispielsweise für CT-Scans von Skelettanomalien, wodurch Zeit, Kosten und Strahlenbelastung reduziert werden. Ein weiterer technischer Fortschritt sind effizientere Detektoren und neue Technologien, die die Qualität und Geschwindigkeit der rekonstruierten Bilder verbessern.

Weitere technologische Fortschritte sind die CT-Fluoroskopie und die Kombination von Positronen-Emissions-Tomographie und CT (PET-CT). Mit der CT-Fluoroskopie können interventionelle Verfahren wie Aspirationen, Biopsien und Abszessdrainagen erleichtert werden, indem Querschnittsinformationen zur Orientierung verwendet werden.19,20 PET-CT stellt ein „Blending“ dar, bei dem funktionelle Bilder von PET (z. B. Bereiche mit erhöhter metabolischer Aktivität von Krebs) mit CT (zur verbesserten anatomischen Lokalisation) kombiniert werden.21, 22 Insbesondere die PET-CT war in vielen Praxen ein leistungsfähiges und schnell expandierendes Instrument.

CT-Anwendungen

MDCT wurde mit jeder Zunahme der Anzahl von Detektoren oft mit einer gewissen Skepsis gegenüber den angepriesenen Vorteilen konfrontiert, aber jedes Mal wurde es schnell als wertvoll für schnellere Untersuchungen, flexiblere Scan-Optionen und verbesserte Bildqualität angesehen, was einer verbesserten diagnostischen Möglichkeit und klinischen Anwendung gleichkommt.

Einige der kürzlich gemeldeten Anwendungen für MDCT umfassen die Brust- und Bauchuntersuchung. In der Brust umfassen diese Untersuchungen die Beurteilung von Knötchen, Lungenembolie, Herz-Kreislauf-Strukturen einschließlich der Koronararterien, der Atemwege und der Brustwand.23-28 Bauch- und Beckenindikationen umfassen die virtuelle Endoskopie der Harnwege; Bewertung von Harnwegskrebs, Steinen und angeborenen Störungen; Gefäßerkrankungen; Blinddarmentzündung; und Darmverschluss.29-35 Screening CT umfasst die Erkennung von Lungenkrebs, Darmkrebs, koronarer Herzkrankheit und Ganzkörper-Screening.14 Zusammen zeigen diese Überprüfungen und Untersuchungen die breite und wachsende Rolle der neuen CT-Technologie in der Medizin.

CT-Kosten beinhalten Strahlenrisiko

Mit diesen Vorteilen ist jedoch eine Anerkennung von einem gekommen potenzielle Kostendas der Strahlung. Vor mehr als 2 Jahren wurde dieses Problem durch eine Reihe von Artikeln im American Journal of Roentgenology hervorgehoben, die sich mit Kindern und dem Krebsrisiko durch CT-Strahlung, einem Übermaß an Strahlenbelastung und Techniken zur Verringerung dieser Exposition befassen.36-38 Seitdem haben sich der Fokus der Hersteller und die Praxis der CT-Untersuchungen sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern langsam geändert, wobei die potenziellen Kosten der Bestrahlung anerkannt wurden. Dies wurde viele Jahre relativ vernachlässigt.

Es gibt einige Diskussionen darüber, was das Risiko von Strahlung ist. Grundsätzlich können Untersuchungen gefunden werden, die die Behauptung stützen, dass die Strahlungsmenge (niedrige Exposition) in der CT nicht mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von tödlichem Krebs verbunden ist,39,40 und Untersuchungen können gefunden werden, die zeigen, dass Die Strahlungsmenge In der CT ist ein Risikofaktor für Krebs.38 An dieser Stelle ist die vorherrschende Haltung die letztere: Die Strahlendosen, die durch CT-Scanning abgegeben werden, überlappen diejenigen, von denen gezeigt wurde, dass sie ein signifikant erhöhtes Krebsrisiko aufweisen. Befürworter dieses Standpunkts haben darauf hingewiesen, dass selbst ein einziger CT-Scan bei einem Kind das Risiko einer lebenslangen Krebsmortalität erhöhen kann.38 Was nicht diskutiert wird, sind die Tatsachen, dass Kinder anfälliger für Strahlung sind als Erwachsene, eine längere Lebensdauer haben, um strahleninduzierten Krebs zu manifestieren (dessen Entwicklung Jahrzehnte dauern kann), und routinemäßig einer übermäßigen Menge an Strahlung von CT ausgesetzt wurden. CT-Dosen überlappen sich und können sogar die Exposition auf niedrigem Niveau überschreiten.3 Darüber hinaus ist CT die größte Strahlungsquelle nach Hintergrundbelastung (einschließlich Radon).11,41 Unabhängig von der Körperhaltung ist es ratsam, unnötige Strahlenbelastung zu minimieren. Wie aus dem Bericht des Wissenschaftlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR) aus dem Jahr 2000 hervorgeht, „sollte jedoch angemerkt werden, dass die Unfähigkeit, erhöhte Risiken bei sehr niedrigen Dosen zu erkennen, nicht bedeutet, dass diese Erhöhungen nicht existieren.“41 Unsere Haltung sollte darin bestehen, die Strahlungsmenge zu minimieren, der Personen während der CT ausgesetzt sind. Es ist klar, dass die jüngsten CT-Innovationen und Marktpositionen der Hersteller darauf abzielten, die Schritte zum Umgang mit Strahlung hervorzuheben.

Viele der technischen Fortschritte, insbesondere in den letzten 2 Jahren, zielen auf die Steuerung der Strahlendosis ab. Dazu gehören die automatische Röhrenstrommodulation (ATCM) und Empfehlungen für das größenbasierte Scannen in der pädiatrischen Bevölkerung.

ATCM ist eine neue Methode, bei der eine der Scan-Einstellungen, der Röntgenröhrenstrom, während des Scannens automatisch angepasst wird, um die Dicke, Form oder den Körperteil des Patienten zu berücksichtigen, der gescannt wird.42-44 Das ATCM zugrunde liegende Prinzip besteht darin, dass während des Scans unterschiedliche Anforderungen an den Röhrenstrom gestellt werden können. Ein höherer Röhrenstrom (der mehr Röntgenpartikel erzeugt) ist erforderlich, um dichtere Gewebe wie die Leber im Vergleich zu den luftgefüllten Lungen zu passieren; für dickere Querschnittsflächen, wie den Körper von Seite zu Seite gegenüber von vorne nach hinten, während der 360? rotation des Röntgenstrahls um den Patienten; oder bei kleinen Kindern oder dünneren Erwachsenen im Vergleich zu dickeren Erwachsenen. Bis zu diesem Punkt wurde ein einzelner Röhrenstrom (normalerweise relativ hoch, um die dichtesten Gewebe zu durchdringen) für den gesamten CT-Scan verwendet. Die meisten Hersteller haben jetzt eine Art ATCM eingebaut, das den Röhrenstrom auf das notwendige Niveau einstellt (wodurch die Strahlung gesenkt wird), in den Bereichen des Körpers oder in Teilen des Körpers, in denen weniger Röhrenstrom erforderlich ist.

Ein Nachteil der modernen MDCT-Technologie ist, dass das Scannen mit viel mehr Optionen komplexer war. Es kann ziemlich schwierig sein zu bestimmen, welche Art von Einstellung für verschiedene Erkrankungen verwendet werden sollte. Die Industrie hat kürzlich pädiatrische CT-Richtlinien und -Protokolle bereitgestellt, die Einstellungen enthalten, die entweder alters- oder größenbasiert45 sind, da kleine Kinder nicht die gleichen Arten von Einstellungen (wie Röhrenstrom) wie Erwachsene benötigen oder benötigen.36 Vor drei Jahren war diese Art der Anpassung selten, wobei die meisten Praktiken eine „One-size-fits-all“ -Philosophie verwendeten.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die CT-Technologie relativ teuer ist: Ein neuer MDCT-Scanner kostet 1 bis 1 US-Dollar.5 millionen. Dies ist insbesondere ein Problem mit den schnellen Fortschritten in den letzten 5 Jahren. Zum Zeitpunkt der Installation eines neuen Scanners war häufig neuere Technologie verfügbar oder sollte es bald sein. Die Rechtfertigung, diese Art von Geld auszugeben, liegt außerhalb der Absicht dieses Artikels. Wie dem auch sei, die Verbreitung der neuesten 16-Schicht-Scanner nimmt in den USA rapide zu. Ob dies marktgetrieben ist (mit der neuesten Technologie), aufgrund der anerkannten Vorteile oder (wahrscheinlich der Fall) eine Kombination3 von beiden ist irrelevant. Diese Umwandlung geschieht.

Letztendlich muss das Kosten-Nutzen-Verhältnis ermittelt werden. Dies wird von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, die durch individuelle Erfahrungen, Praxisrichtlinien und Standards geprägt sind, die alle durch wissenschaftliche Untersuchungen unterstützt werden. Während viel getan wurde, um die diagnostische Qualität der CT in der medizinischen Bildgebung zu definieren, zum Beispiel bei der Diagnose von Blinddarmentzündung, urologischen Erkrankungen und Lungenembolie, ist das Abwägen dieser gegen das Risiko (dh Strahlung) weniger klar, und die Beurteilung der tatsächlichen Veränderung des Patientenergebnisses (insbesondere mit Screening-CT) steckt noch in den Kinderschuhen. Es ist noch ein langer Weg, um das Kosten-Nutzen-Verhältnis für die moderne CT zu definieren. Klar ist, dass die empirische Erfahrung, die sich insbesondere durch den Kauf der neuesten Scanner zeigt, die Nutzung vorantreibt. Impliziert ist, dass Radiologen akzeptiert haben, dass CT ein zunehmend nützliches Werkzeug ist.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend ist die CT eine zentrale Bildgebungsmodalität. Neue Technologie ist für zunehmenden Gebrauch, durch neue Anwendungen sowie Anwendungen für allgemeine Störungen verantwortlich gewesen. Die Vorteile dieser Technologie, insbesondere das schnellere Scannen und die Möglichkeit, dünne, qualitativ hochwertige Scheiben zu erhalten, müssen jetzt gegen die Kosten abgewogen werden. Ein bemerkenswerter Kostenfaktor ist die Strahlenbelastung. Fortschritte haben neue Möglichkeiten zum Scannen, aber auch wichtige Möglichkeiten zur Steuerung der Strahlendosis geboten. Die Rolle der CT muss durch eine Kombination aus Forschung, Bildung (einschließlich Praxisstandards) und Herstellerinnovationen geklärt werden.

Donald P. Frush, MD, ist Chef der Kinderradiologie, Abteilung für Kinderradiologie, außerordentlicher Professor für Radiologie, Abteilung für Radiologie, Duke University Medical Center, Durham, NC.

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