Diskussion der Messergebnisse

5.2.2.1. Scanzeiten

Untersuchungen zu Scanzeiten von anderen kommerziellen in vivo-µCT-Geräten konnten im Rahmen der vorliegenden Arbeit in der Literatur nicht gefunden werden.

Die Scanzeiten werden vom XtremeCT jeweils im controlfile angegeben, nachdem die Scanparameter für die folgende Messung ausgewählt wurden. Sie wurden bei verschiedenen Scanprotokollen ermittelt. Es wurde stichprobenartig überprüft, ob die Angabe der Scanzeit korrekt ist. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die von der Software berechneten mit den tatsächlichen Scanzeiten übereinstimmten. Es ist da-her davon auszugehen, dass die vom XtremeCT gemachten Angaben ausreichend genau sind.

Die Rekonstruktion der Bilder im Anschluss an die Datenakquisition nimmt allerdings ebenfalls Zeit in Anspruch. Bei verbesserter Ortsauflösung verlängert sich aufgrund der größeren Bildmatrix die Rekonstruktionszeit, da die Datenmenge und damit auch

die Auslastung der Rechnerkapazität steigen. Auch eine größere Anzahl an Projekti-onen pro 180° verlängert die Rekonstruktionszeit. Die Integrationszeit hingegen hat keinen Einfluss auf die Datenmenge, sondern erhöht nur die Dauer der Datenakquisi-tion.

In dieser Arbeit wurden für jeden Scan zunächst die Lokalisation und die Länge des zu scannenden Bereichs festgelegt. Die Scanzeit wurde dann nur noch über die In-tegrationszeit und die Anzahl der Projektionen pro 180° variiert. Die Schichtdicke hat keinen Einfluss auf die Messdauer, sofern die Länge der zu scannenden Region konstant bleibt. Der Grund hierfür ist, dass bei einer Umdrehung der Gantry immer ein Bereich einer bestimmten Größe, der so genannte Stack, erfasst wird. Nur die Anzahl der während der Gantryrotation maximal erfassbaren Schichten ist variabel.

Der Stack besteht bei einer Schichtdicke von 41 µm aus 220 Schichten, bei 82 µm sind es nur noch 110 Schichten und so weiter. Die Fa. Scanco Medical gibt im Ma-nual zum XtremeCT die Länge eines Stacks mit 9 mm an (SCANCO, 2005). Erst wenn sich die Größe des zu scannenden Bereichs um mindestens die Länge eines Stacks verändert, hat dies auch Auswirkungen auf die Scanzeit.

Die längste Scanzeit (ohne Bildrekonstruktion) lag bei einer Integrationszeit von 300 ms und 1000 Projektionen pro 180° vor und betrug 22,3 Minuten.

Bei in vivo-µCT-Scans von Tieren besteht ein hohes Risiko, dass diese sich während der Aufnahmen bewegen und dadurch Artefakte verursachen können. Eine Narkose zur Ruhigstellung des Tieres während jedes (µ)CT-Scans ist daher unumgänglich.

Jede Narkose birgt jedoch ein gewisses Risiko, das sich bei zunehmender Dauer der Anästhesie noch erhöht (BRODBELT et al., 2008). Außerdem nimmt bei längeren Scanzeiten auch die Strahlenexposition des Patienten zu (s. Kap. 5.2.2.2). Aspekte der Wirtschaftlichkeit und Organisation sollten auch nicht außer Acht gelassen wer-den, da bei kürzeren Scanzeiten mehr Tiere innerhalb eines bestimmten Zeitraums untersucht werden können.

Die Scanzeiten der µCT-Untersuchungen in der Kleintierbildgebung sollten also mög-lichst kurz sein. Die Scanzeit bei den mit optimierten Einstellungen durchgeführten µCT-Scans ist mit 22,3 Minuten als reine Scanzeit relativ kurz. Ein einzelner MRT-Scan des Ohrs dauert beispielsweise ebenfalls bis zu 20 Minuten (HELD et al.,

1997). Eine ganze Untersuchung kann je nach Anzahl der Sequenzen und Ebenen zwischen 60 und 90 Minuten liegen (GOTTHELF, 2004). Zusätzlich müssen jedoch die Zeiten für die Vorbereitung (ca. zehn Minuten) und die Positionierung (ca. zehn bis 20 Minuten) des Tieres im Hinblick auf die Gesamtdauer der Narkose berücksich-tigt werden. Eine drastische Erhöhung des Anästhesierisikos ist allerdings erst bei mehr als 90 Minuten Narkosedauer zu erwarten (BRODBELT, 2006).

5.2.2.2. Strahlendosis (CTDI)

Die Strahlendosis (CTDI) ist von der Röhrenspannung und dem mAs-Produkt abhän-gig. Die Röhrenspannung und der Röhrenstrom sind am XtremeCT fest eingestellt.

Der CTDI-Wert variiert hier also nur in Abhängigkeit von der Scanzeit und wird des-halb von der Integrationszeit und der Anzahl der Projektionen pro 180° bestimmt.

Bei Einstellung der optimierten Parameter beträgt die am XtremeCT zu erwartende Strahlendosis pro Stack 20,1 mGy. Zum Scannen eines vollständigen Mittel- und In-nenohrs einer Katze werden bei einer Schichtdicke von 41 µm insgesamt mindestens 500, bei 82 µm mindestens 250 Schichten benötigt. Dies entspricht jeweils drei Stacks pro Untersuchung. Für die in dieser Arbeit durchgeführten Scans mit optimier-ten Einstellungen ergibt sich somit eine Gesamtstrahlendosis für den gescannoptimier-ten Bereich von 60,3 mGy pro Untersuchung.

In einer Studie an Ratten (BROUWERS et al., 2007) wurden bei µCT-Scans der Tibia CTDI-Werte von 441 mGy pro Untersuchung festgestellt. Die Tiere wurden über sie-ben Wochen jeweils wöchentlich gescannt. Die Strahlenexposition führte nicht zu Veränderungen des Knochens oder sonstigen klinischen Symptomen. Im Vergleich mit dieser Studie war der CTDI in der vorliegenden Arbeit gering. Da jedoch eine an-dere Körperregion untersucht wurde, kann die Aussage über die Auswirkung der Strahlendosis nicht übertragen werden. VAN WERMESKERKEN et al. (2009) haben bei CT-Scans des Ohrs beim Menschen mit einem Philips Brilliance 64-slice CT (Fa.

Philips Medical Systems, USA) CTDI-Werte von 136 mGy gemessen. Dieser CTDI ist mehr als doppelt so groß im Vergleich zum CTDI dieser Untersuchung.

KALENDER (2006) gibt in seiner Arbeit die Strahlendosis in Form des normierten CTDI pro 100 mAs an. Dieser wurde bei unterschiedlichen Schichtdicken an den CTs SOMATOM PLUS 4 und SOMATOM Sensation 64 (Fa. Siemens AG) gemessen und lag zwischen 6,5 und 13,4 mGy/ 100 mAs. Der von der Fa. Scanco Medical AG für das XtremeCT ermittelte normierte CTDI beträgt 6,4 mGy/ 100 mAs und liegt damit an der unteren Grenze vergleichbarer CTDI-Werte der genannten klinischen CT.

DEAK u. KALENDER (2009) haben den CTDI/ mAs an einem Tomoscope 30 s Duo (Fa. VAMP GmbH, Erlangen) bestimmt. Die Werte lagen für unterschiedliche Mes-sungen zwischen 0,89 und 2,65 mGy/ mAs. Bezogen auf 1 mAs liegt der CTDI des XtremeCT bei 0,064 mGy, also wesentlich niedriger als in der genannten Studie.

Es haben sich auch weitere Autoren mit der durchschnittlich applizierten Strahlendo-sis befasst (PAULUS et al., 2000; RODT et al., im Druck; TASCHEREAU et al., 2006;

CARLSON et al., 2007; FIGUEROA et al., 2008). Die entsprechenden Versuche wurden an Labortieren (Mäuse, Ratten) durchgeführt, da diese gegenwärtig haupt-sächlich für µCT-Untersuchungen herangezogen werden. Somit besteht in diesem Forschungsbereich auch ein größeres Interesse, die applizierte Strahlendosis des Tieres und ihre Auswirkungen auf das Tier zu ermitteln. In den oben angeführten Ar-beiten wird die Strahlendosis nicht wie beim XtremeCT in Form des CTDI angege-ben, sondern als Strahlenbelastung pro Scan (71 - 760 mGy). Der Grund hierfür ist vermutlich, dass nur bei µCT-Geräten, die auch in der Humanmedizin zum Einsatz kommen, eine Angabe des CTDI gesetzlich vorgeschrieben ist (DIN 2005; DIN 2008;

IEC 1999). Dadurch ist ein direkter Vergleich der in diesen Untersuchungen veröf-fentlichten Daten mit den Werten des XtremeCT nicht möglich.

Der CTDI entspricht nicht der Strahlendosis eines bestimmten Patienten. Er ist ein standardisierter Index für die mittlere Strahlendosis, die während eines Scanvor-gangs abgegeben wird (KALRA et al., 2004). Die effektive Dosis kann aus dem CTDI abgeschätzt werden. Dafür müssen verschiedene Organwichtungsfaktoren in Ab-hängigkeit von der gescannten anatomischen Region berücksichtigt werden (KRIEGER, 2002). Im Gegensatz zum Menschen sind diese Wichtungsfaktoren für Tiere jedoch nicht definiert.

Bislang gibt es außerdem keine Richtlinien oder Empfehlungen zur Strahlendosis in der in vivo-µCT am Kleintier (KALENDER, 2006; PERSY et al., 2006; STEPINA, 2006). Beim Menschen gibt es zwar Leitlinien für die Durchführung von CT-Untersuchungen des Os temporale, wie z. B. zur Wahl der Scanparameter. Grenz-werte für die Dosis sind jedoch noch nicht definiert. Es wird auf die maximalen CTDI-Werte für Scans des Kopfes/Gehirns zurückgegriffen. Diese liegen bei 60 mGy (EC, 1999; BfS, 2003).

Bei Überlegungen zur applizierten Strahlendosis sollte nicht nur auf die Vermeidung von akuten Strahlenschäden geachtet, sondern auch die Gefahr der Bildung von Tumoren sowie von genetischen Strahlenschäden bedacht werden. Besonders bei Studien auf dem Gebiet der Onkologie dürfen Tumorbildung und -wachstum nicht durch die Röntgenstrahlung bei der µCT-Untersuchung beeinflusst werden (De-CLERCK et al., 2004). Mehrere Autoren haben außerdem darauf hingewiesen, dass insbesondere bei Langzeitstudien, in denen dieselben Tiere in mehr oder weniger großen Zeitabständen immer wieder gescannt werden, die applizierte Strahlendosis berücksichtigt werden muss (HOLDSWORTH und THORNTON, 2002; FORD et al., 2003; RITMAN, 2004; CARLSON et al., 2007). In der Diagnostik werden die Tiere in der Regel nicht mehrfach hintereinander, sondern nur einmalig gescannt. Nur in der Forschung im Bereich des Ohrs der Katze wären Langzeitstudien erforderlich.

Zurzeit wird eine maximale Strahlendosis von 100 bis 200 mSv oder weniger pro Un-tersuchung diskutiert (FORD et al., 2003; BOONE et al., 2004; KALENDER, 2006).

Auch diese Werte beziehen sich auf Mäuse bzw. Ratten. Inwiefern sie auf Katzen übertragbar sind, ist nicht bekannt. Außerdem entsprechen sich die applizierte Strah-lendosis und der beim XtremeCT angegebene CTDI nicht. Die beiden Werte korrelie-ren aber zumindest sehr eng miteinander, da die Messungen des CTDI von der Fa.

Scanco in einem Phantom und nicht in Luft durchgeführt wurden. Der CTDI von 60,3 mGy, der für den im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Scan mit optimierten Einstellungen gemessen wurde, liegt unterhalb der oben genannten empfohlenen maximalen Strahlendosis. Es ist davon auszugehen, dass die ursprünglich für

Labor-tiere empfohlene Maximaldosis bei einmaligen Scans des Katzenohrs nicht oder zu-mindest nur in geringem Maß überschritten wird.

In jedem Fall sollten in vivo-Scans immer mit solchen Parametern durchgeführt wer-den, dass die Strahlendosis des Tieres so gering wie möglich ist. Das heißt, es sollte das so genannte ALARA-Prinzip eingehalten werden (KALENDER, 2006).

Der in der vorliegenden Arbeit gemessene CTDI liegt nur knapp über der für den Menschen empfohlenen Strahlendosis. Außerdem liegt er weit unterhalb der in den anderen Untersuchungen ermittelten CTDI-Werte verschiedener µCT- und klinischer CT-Scanner. Daher ist eine in vivo-Anwendung im Hinblick auf die Strahlendosis denkbar.

5.2.2.3. Artefakte

Die auf den µCT-Bildern aufgetretenen Artefakte wurden visuell beurteilt. Dabei han-delte es sich vor allem um das Strahlaufhärtungsartefakt sowie typische Ringartefak-te (KALENDER, 2006). Dagegen wurden Strich- und StreifenarRingartefak-tefakRingartefak-te nur vereinzelt beobachtet. Eine typische Lokalisation für Strahlaufhärtungsartefakte bei (µ)CT-Aufnahmen des Kopfes ist der Bereich zwischen den beiden Felsenbeinen (BARRETT u. KEAT, 2004; KALENDER, 2006; STOCK, 2009). Der hier auftretende so genannte Hounsfield-Balken konnte auch auf den im Rahmen dieser Arbeit ent-standenen µCT-Scans beobachtet werden.

Das XtremeCT neigt besonders zu Ringartefakten, die sowohl bezüglich ihres zeitli-chen als auch ihres örtlizeitli-chen Auftretens kein konstantes Muster zeigen. Dies konnte bereits von SCHULMAN (2010) festgestellt werden. SIJBERS u. POSTNOV (2004) konstatierten, dass allgemein bei µCT-Scannern häufig Ringartefakte entstehen. Sie können verschiedene Ursachen haben, die jedoch immer im Zusammenhang mit dem Detektor stehen.

Teilweise störten diese Artefakte die Evaluation der µCT-Bilder, da sie auch im Be-reich des Mittel- und Innenohrs auftraten. Da die Bewertung jedoch rein visuell erfolg-te und keine quantitative Analyse stattfand, konnerfolg-ten die betroffenen Schicherfolg-ten von der Beurteilung ausgenommen werden. Bei einer Auswertung der Scans mit dem

Evaluationsprogramm, z. B. zur Bestimmung der Knochendichte in dieser Region, könnten allerdings durch die Artefakte Probleme auftreten (RADÜ et al., 1994;

BARRETT u. KEAT, 2004; SIJBERS u. POSTNOV, 2004; SCHULMAN, 2010). Hier ist es nur schwer möglich, einzelne Schichten auszublenden und somit von der Be-rechnung auszuschließen, so dass es durch die Artefakte zu falschen Ergebnissen kommen kann (SCHULMAN, 2010).

Ab dem vierten Tag der Messungen zur Optimierung der Scanparameter trat, wie bereits in Kapitel 4.1.3 erwähnt, ein besonders starkes Ringartefakt auf. Dieses lag in allen durchgeführten Messungen an derselben Stelle im Bild und war in allen Schich-ten zu beobachSchich-ten. Wie bereits von SIJBERS und POSTNOV (2004) beschrieben, handelte es sich hierbei um ein Ringartefakt, das durch den Defekt eines Detektorpi-xels verursacht wurde. Auch die oben aufgeführten Streifenartefakte entstanden durch diesen Defekt (LAIB, 2009).

Kurz nach Beendigung der Messungen zur Optimierung der Scanparameter wurden einzelne Detektorelemente des XtremeCT ausgetauscht.

Der Scan des Katzenkopfs mit den optimierten Parametern fand nach der Reparatur statt.

Die Häufigkeit der Ring- und Streifenartefakte verringerte sich zwar, und es trat kein dauerhaftes Artefakt mehr auf. Jedoch konnten Ringartefakte auch auf den später angefertigten µCT-Aufnahmen wahrgenommen werden. Auch SCHULMAN (2010) stellte bereits fest, dass nach einem Austausch defekter Detektorelemente, während der im Rahmen seiner Arbeit durchgeführten Versuche, das Auftreten von Ringarte-fakten nicht abnahm. Aufgrund dessen ist zu vermuten, dass der am XtremeCT ver-wendete Detektortyp eine relativ häufige, zeitweise Instabilität einzelner Detektor-elemente aufweist.