Möglichkeiten und Grenzen von Softwareprogrammen zur CT ...

Möglichkeiten und Grenzen
von Softwareprogrammen
zur CT-Dosisbestimmung
H.D. Nagel
Philips Healthcare, Hamburg
Clinical Science CT & X-ray
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Themen
Berechnungsprogramme
Spezifikationsmerkmale
Scanner-Matching
Genauigkeit
Programmvergleich.
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CT-Dosisberechnungsprogramme
P-Dose/CT
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Spezifikationsmerkmale
Merkmal CT dose * P-Dose/CT CT PDC ** ImpactDose *** CT-Expo
Bezugsquelle NIRH (DK) CyberQual (It.) ImPACT (UK) VAMP (D) Dr. Stamm (D)
MC Datensatz eigen NRPB NRPB eigen GSF
Scanner nur wenige nur wenige alle nur Siemens alle
Dosisgrößen DLP, HT, E HT, E alle DLP, HT, E alle
nach Alter nein nein (ja) nein ja
nach Geschlecht nein nein (ja) ja ja
Overbeaming nein nein ja ja ja
Overranging nein nein nein ja ja
eff. mAs nein nein nein ja ja
Benchmarking nein nein nein nein ja
Updates nein nein nicht mehr ja (100 !) ja (kostenlos)
SW-Plattform nur WIN nur WIN WIN, (Mac) nur WIN WIN, Mac
Stand-alone ja ja benötigt Excel ja benötigt Excel
Preis Freeware 500 ! ca. 70 ! **** 675 ! 35 (20) !
* eingestellt 1999 ** eingestellt 2006 *** früher: WinDose **** für NRPB MC-Datensatz
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Scanner Matching
Warum erforderlich ?
Konversionsfaktoren basieren auf Monte-Carlo-Simulationen
Zwei Datensätze frei verfügbar: NRPB (23 Scanner), GSF (1 Scanner)
Beide Datensätze nur für ältere Geräte (Ende der 80er)
Beide mit CTDI frei Luft als Eingangsgröße (CTDI air )
Daher großer Einfluß
Formfilter (Material, Form)
Strahlenqualität (Röhrenspannung, Strahlenfilter)
Scannergeometrie
Unterschiede bis Faktor 3 für Effektivdosis bei gleichem CTDI air
Lösung ?
entweder individuelle MC-Datensätze für jeden Scanner
oder über ‚Scanner Matching‘, d.h. Bezug zu älteren Gerätetypen.
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Scanner Matching
Wie verfahren ?
Shrimpton and Edyvean., BJR (1998), 71: 1-3
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Scanner Matching
Wie verfahren ?
Set Manufacturer Scanner model Correction factor Correction
Head Neck Head/N. Chest Abd. Pelvis Trunk Head/N. Cat. Trunk Cat.
1 Siemens 2. DR1/2/3 1.04 1.02 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 I 1.03 I
2 DRG. DRG1 1.11 1.06 1.08 1.09 1.11 1.19 1.13 1.08 0 1.13 0
3 DRH.CR.CR512 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 I 1.00 I
4 Picker 1200SX (Head) 0.55 0.64 0.59 0.41 0.39 0.42 0.41 0.59 V 0.41 V
5 1200SX (Body) 0.58 0.67 0.63 0.58 0.55 0.54 0.55 0.63 IV (V) 0.55 IV
6 GE 8800.9000I/II/HP (Head) 0.56 0.57 0.57 0.33 0.33 0.41 0.36 0.57 V 0.36 V
7 8800.9000I/II/HP (Body) 0.66 0.69 0.68 0.47 0.47 0.56 0.50 0.68 IV 0.50 IV
8 9800.9800Q (120kV) 0.69 0.71 0.70 0.49 0.49 0.58 0.52 0.70 IV 0.52 IV
9 9800.9800Q (140kV) 0.77 0.77 0.77 0.55 0.55 0.66 0.59 0.77 III 0.59 III
10 MAX 0.58 0.59 0.58 0.37 0.37 0.45 0.40 0.58 V 0.40 V
11 PACE 0.68 0.72 0.70 0.50 0.50 0.59 0.53 0.70 IV 0.53 IV
12 CGR CE 10000.12000 0.97 0.94 0.95 0.80 0.82 0.92 0.85 0.95 II (I) 0.85 II
13 Philips 305N.310.350 (GE2. no Cu) 0.77 0.80 0.78 0.63 0.62 0.66 0.64 0.78 III 0.64 III
14 305N.310.350 (GE2. Cu) 0.97 0.96 0.97 0.80 0.82 0.92 0.84 0.97 II (I) 0.84 II
15 310.350 (GE3. no Cu) 0.80 0.84 0.82 0.69 0.68 0.72 0.70 0.82 III 0.70 III
16 310.350 (GE3. Cu) 1.00 0.98 0.99 0.86 0.88 0.98 0.91 0.99 I 0.91 I
17 TX (120kV) 0.90 0.92 0.91 0.75 0.75 0.79 0.77 0.91 II 0.77 II
18 CX.CS/S 0.90 0.91 0.91 0.74 0.76 0.85 0.78 0.91
Scanner
Scanner factor k
II 0.78 II
CT
category Head/Neck/Children Trunk (adults)
19 LX (120kV) 0.88 0.91 0.90 0.76 0.77 0.85 0.79 0.90 II
0
0.79 II
1.10 1.25
20 TX (100kV) 0.81 0.85 0.83 0.67 0.66 0.69 0.67 0.83
I
III 0.67
1.00
III
1.00
21 TX (130kV) 0.94 0.94 0.94 0.77 0.79 0.89 0.82 0.94 I III 0.82 0.90 II
0.80
22 LX (100kV) 0.80 0.84 0.82 0.68 0.68 0.70 0.69 0.82 I I III I 0.69 0.80III
0.65
23 LX (130kV) 0.93 0.93 0.93 0.80 0.81 0.84 0.82 0.93 I VII 0.82 0.70 II
0.50
V 0.60 0.40
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Scanner Matching
ImPACT’s Methode: ’ImPACT factor (ImF)’
basierend auf CTDI p , CTDI c und CTDI air des jeweiligen Scanners
Head: ImF Hd = 0.4738 · CTDI H,c /CTDI air + 0.8045 · CTDI H,p /CTDI air + 0.0752
Body: ImF Bd = 3.5842 · CTDI B,c /CTDI air + 0.6328 · CTDI B,p /CTDI air - 0.0902
Berücksichtigt Formfilter, Strahlenfilter, Spannung, Geometrie
Matching durch Wahl des MC-Datensatzes mit dem nächsten ImF
Beispiel: Philips Mx8000IDT @ 120 kV
Head: ImF Hd = 1.04 -> MC data set 23 (Philips LX 130 kV)
Body: ImF Bd = 1.08 -> MC data set 12 (CGR CE 10000)
Effektivdosisberechnung mit dem MC-Datensatzes des Ersatzscanners.
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Scanner Matching
Eigene Methode: über Phantomfaktor P
Ebenfalls auf CTDI p , CTDI c und CTDI air basierend
Head: P H = CTDI H,w /CTDI air , body: P B = CTDI B,w /CTDI air
Berücksichtigt Formfilter, Strahlenfilter, Spannung, Geometrie
Matching durch Zuordnung zu einer Scannerkategorie, die am besten die
Bedingung k CT /P H = 1.20 (head) bzw. k CT /P B = 2.00 (body) erfüllt
Beruht auf Annahme, dass E ~ CTDI w , d.h. k CT /P B,H = const.
Beispiel: Philips Mx8000IDT
Head: P H = 0.75, mit Kategorie II (k CT = 0.9) -> k CT /P H = 1.20
Body: P B = 0.39, mit Kategorie II (k CT = 0.8) -> k CT /P B = 2.05
Effektivdosisbestimmung mit GSF-Datensatz für Siemens Somatom
DRH plus Korrektur mit k CT .
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Genauigkeit
Wie genau sind Effektivdosisberechnungen ?
Unsicherheit der Scanner-Basisdaten: typischerweise ±10 bis 15%
Dosimetrie, Output-Toleranzen
Unsicherheit der Konversionsfaktoren: typischerweise ±10 bis 15%
mathematisches Phantom, Modellierung der Organe, Scanner-Matching
Vereinfachungen der verwendeten Algorithmen: typischerweise ±10%
Spannungsabhängigkeit, Overbeaming, Overranging
Geschätzte Gesamtunsicherheit: ±20 bis ±30%
Ähnliche Unsicherheiten bei TL-Dosimetrie im Alderson-Phantom
Größere Unsicherheiten bei unbemerkten Spezifikationsänderungen.
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Genauigkeit
Vergleich CT-Expo v1.3 vs. Alderson-Phantom mit TLD
Brix et al., Eur. Radiol. (2004), 14: 1275-384
R E = Verhältnis der Effektivdosiswerte
berechnet mit CT-Expo v1.3
gemessen mit TLD im Alderson-Phantom
Berechnete Werte für MSCT-Geräte
systematisch um ca. 10 bis 20% zu niedrig
Grund: Overranging wurde bei CT-Expo v1.3
noch nicht berücksichtigt
Seit Version v1.4 mit eingerechnet.
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Genauigkeit
Vergleich der verfügbaren Programme
• Repräsentative Auswahl an Geräten unterschiedlicher Bauart
• 6 Einzelschicht- und 6 Mehrschicht-Geräte
• 4 Haupt-Scanbereiche (Hirnschädel, Thorax, Gesamtabdomen, LWS)
• Typische Scanparameter (Spannung, Kollimation, Pitch)
• Scangrenzen und Scanparameter für alle Geräte identisch
• Vergleich untereinander (Bezug: Mittelwert).
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Genauigkeit
Programmvergleich: Hirnschädel
Brain
40%
30%
ESCT
MSCT
20%
!E
10%
0%
-10%
ImpactDose
PatDosCalc
CT-Expo
CT dose
-20%
-30%
DRH CT/i AV PQ SP4 XVI QX/i Mx VZ S16 S64 AQI avg.
Scanner
ImpactDose ca. 20% über, PatDoseCalc ca. 15% unter Durchschnitt
Ursache: unterschiedliche MC-Modellierung des Schädels (Anteil RKM).
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Genauigkeit
Programmvergleich: Thorax
Chest
30%
20%
!E
10%
0%
-10%
ImpactDose
PatDosCalc
CT-Expo
CT dose
-20%
-30%
DRH CT/i AV PQ SP4 XVI QX/i Mx VZ S16 S64 AQI avg.
Scanner
Sämtliche Programme innerhalb ±10%
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Genauigkeit
Programmvergleich: Gesamtabdomen
AbdPel
30%
20%
!E
10%
0%
-10%
ImpactDose
PatDosCalc
CT-Expo
CT dose
-20%
-30%
DRH CT/i AV PQ SP4 XVI QX/i Mx VZ S16 S64 AQI avg.
Scanner
PatDosCalc und CT dose systematisch zu niedrig
Grund: keine Overranging-Korrektur (männliche Gonaden)
Bei Overranging-Korrektur vermutlich ebenfalls innerhalb ±10%.
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Genauigkeit
Programmvergleich: LWS
L-spine
30%
20%
!E
10%
0%
-10%
ImpactDose
PatDosCalc
CT-Expo
CT dose
-20%
-30%
DRH CT/i AV PQ SP4 XVI QX/i Mx VZ S16 S64 AQI avg.
Scanner
PatDosCalc und CT dose systematisch zu niedrig
Grund: keine Overranging-Korrektur (Scanbereich nur 10 cm)
Bei Overranging-Korrektur vermutlich ebenfalls innerhalb ±10%.
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Fazit
Einige wenige Spezialprogramme zur CT-Dosisberechnung
Signifikante Unterschiede in Spezifikationen und Preis
Hauptproblem: Scanner Matching, Gerätespektrum, Aktualisierung
Unterschiede Effektivdosis geringer als erwartet
Typische Unsicherheiten: ±10 bis ±20%
Nicht schlechter als bei Phantommessungen (Alderson)
Dosisbestimmung für einzelne Organe nur annähernd.
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