Unterschiede in der Gerätetechnik, welche zu Differenzen bei den Ergeb-

In Kapitel 3 werden die Unterschiede in der Technik der beiden Geräte ausführlich beschrieben. In diesem Abschnitt wird auf deren Bedeutung bezüglich möglicher Diffe-renzen bei den Ergebnissen eingegangen.

Der einflussreichste Unterschied der beiden Geräte besteht in der Strahlengeometrie.

Das ältere Pencil-Beam-Modell erzeugt durch einen Nadelloch-Kollimator einen punkt-förmigen Röntgenstrahl, welcher das zu untersuchende Objekt Pixel für Pixel “abtastet”.

Dafür ist im Gegensatz zu einem Fächerstrahlensystem eine erheblich längere Untersu-chungszeit nötig, da immer nur eine punktförmige Fläche gescannt werden kann. Diese Technik ermöglicht die genaue Messung jedes einzelnen Bildpunktes, und eine relativ ge-naue Bestimmung der Körperzusammensetzung [z.B.:Lukaski et al. (1999); Scholz und Förster (2006); Svendsen et al. (1993); Pintauro et al. (1996); Mitchell et al. (1996, 1998a, 2000); Scholz (2002)]. Laut den Studien von Hammami et al. (2004) und Koo et al. (2003) resultiert aus der langen Untersuchungszeit allerdings ein größeres Risiko für Bewegungsartefakte, welches zu Unterschieden bei den Messergebnissen führen kann

[Hammami et al. (2004); Koo et al. (2003)]. Bei genauer Betrachtung der einzelnen Scan-Bilder des DPX-IQ im Vergleich der Scan-Bilder des iDXA kann diese Theorie nicht bestätigt werden.

Fan-Beam-Systeme wie der iDXA sind deutlich schneller, allerdings führt die Breite des Fächerstrahles zu einem gewissen Vergrößerungseffekt, der je nach Fächerwinkel unterschiedlich stark ausfällt. Mazess und Barden (2000) untersuchten in ihrer Studie verschiedene DXA-Geräte mit dem Ergebnis, dass weite Fächerwinkel zu ungenaueren Messergebnissen führen als schmale Fächerwinkel. Der Vergrößerungseffekt beruht auf normalen anatomischen Gegebenheiten, die dazu führen, dass sich die zu messenden Körperstrukturen unterschiedlich weit entfernt von der Tischoberfläche befinden (siehe Kapitel 3.2.1.2 auf Seite 62).

Oldroyd et al. (2003) überprüften mit dem “Variable Composition Phantom” den Vergrö-ßerungseffekt beim Lunar Prodigy (Fächerwinkel 4,5°) und Lunar Expert (Fächerwinkel 12°) der Firma General Electrics. Dieser Effekt war bei dem Lunar Prodigy viel weniger ausgeprägt als beim Lunar Expert. Die Studie von Oldroyd et al. (2003) bestätigt somit die Ergebnisse von Mazess und Barden (2000).

Bei dem iDXA der Firma General Electrics ist der Winkel des Röntgenstrahles vergleichs-weise klein, weswegen dieser als “narrow-angle” Fan-Beam bezeichnet wird. Eine genaue Angabe war jedoch nicht zu erhalten. Außerdem überlappen sich die einzelnen fächerför-migen Röntgenstrahlen pro Messpunkt und vermindern somit eine mögliche Verzerrung.

Um eine Verfälschung der Ergebnisse zu verhindern kommt eine spezielle Software, die

“Multi View Image Reconstruction Software” zur Anwendung. Diese fügt die einzelnen Bilder zusammen und berechnet daraus das Gesamtbild [iDXA (2010)-Handbuch und persönliche Mitteilung von Herrn Mahlein, GE Lunar, Germany, 2012].

Durch die unterschiedliche Strahlengeometrie der beiden Geräte werden demnach unter-schiedliche Algorithmen benötigt um die Körperzusammensetzung zu bestimmen. Unter diesem Gesichtspunkt wäre eine gewisse Diskrepanz zwischen den Messergebnissen zu erwarten.

Durch die Verwendung verschiedener Röntgengeneratoren und K-Kantenfiltern (siehe Kapitel 3) ist die Strahlungsintensität bei dem iDXA in den meisten Modi höher als bei dem DPX-IQ (siehe Tabelle 5.1). Bei dem älteren DPX-IQ dringen die Röntgenstrahlen häufig nicht durch dickes Körper- bzw. Knochengewebe, wodurch Gewebepunkte bzw.

-regionen auftreten, welche nicht erfasst werden können. Im entstandenen Bild werden diese Stellen durch blaue Bildpunkte gekennzeichnet [Mitchell et al. (2000)]. Bei diesen Bildpunkten wird ein Maximalwert für die Knochenmineraldichte verwendet, welcher

in der Software festgelegt ist (persönliche Mitteilung von Herrn Mahlein, GE Lunar, Germany, 2012). Wie hoch dieser Wert ist, wollten die Hersteller nicht herausgeben.

Durch die höhere Strahlungsintensität des iDXA im Vergleich zu den meisten DPX-IQ-Modi (siehe Tabelle 5.1) dringen die Röntgenstrahlen auch durch dickeres Knochenge-webe und gewährleisten eine genaue Messung der Körperzusammensetzung. Dies bringt jedoch eine größere Strahlenbelastung mit sich.

Wie in Kapitel 2.3.2.2 auf Seite 29 beschrieben, unterscheiden sich die K-Kantenfilter der beiden Geräte und erzeugen dadurch verschieden hohe Energie-Peaks [iDXA (2010)-Handbuch, DPX-IQ (1998)]. Die R-Werte sind abhängig von der Strahlungsintensität.

Die Berechnung der Körperzusammensetzung beruht deswegen in Abhängigkeit von der Gerätespezifikation auf unterschiedlichen Röntgenschwächungskoeffizienten (R-Werten).

Dies legt den Schluss nahe, dass dadurch geringe Diskrepanzen bei den Messergebnissen entstehen können.

Wegen der unterschiedlichen Strahlengeometrie werden verschiedene Detektoren benö-tigt um die Endintensität zu messen. Da der Natriumjodid-Detektor des DPX-IQ mit der Zeit altert und an Auflösungsvermögen verliert, muss er regelmäßig ersetzt werden [DPX-IQ (1998) und persönliche Mitteilung von Herrn Mahlein, GE Lunar, Germa-ny, 2012]. Ältere Natriumjodid-Detektoren, welche noch nicht ersetzt wurden, führen demnach zu ungenaueren Ergebnissen. Der DPX-IQ am Lehr- und Versuchsgut in Ober-schleißheim wurde regelmäßig gewartet. Außerdem wurde vor jedem Scan-Durchgang eine Qualitätskontrolle durchgeführt. Nur bei bestandener Qualitätskontrolle konnte der Scan-Vorgang gestartet werden. Aus diesen Gründen ist eine Ungenauigkeit des DPX-IQ durch einen alten Detektor auszuschließen.

Ein weiterer Unterschied, welcher zu Differenzen bei den Messergebnissen führen kann, ist die Auflösung der beiden Geräte. Durch die deutlich höhere Auflösung des iDXA (0,3 x 0,25 mm) im Gegensatz zum DPX-IQ (geringste Auflösung: 2,4 x 4,8 mm für Ganzkörperuntersuchungen mittels Pädiatrie Small), misst dieser die Übergänge von Knochen- zu Weichgewebe viel genauer. In der Abbildung 5.1 werden die Konsequenzen einer schlechteren Auflösung vereinfacht dargestellt.

Abbildung 5.1.: Schematische Darstellung der unterschiedlichen Auflösung der Geräte (links DPX-IQ, rechts iDXA)

Die erste Konsequenz einer schlechteren Auflösung ist, dass in Bildpunkten mit einem geringfügigen Knochenanteil (siehe Pixel “1” im linken Bild) dieser nicht erkannt wird und komplett zum Weichgewebe gezählt wird [Lösel et al. (2010)]. Die zweite Konse-quenz entsteht, wenn ein Pixel mit etwas höherem Knochenanteil (siehe Pixel “2” im linken Bild) komplett zu Knochengewebe gezählt wird. Demgegenüber kann ein Gerät mit höherer Auflösung (rechtes Bild) genauer zwischen Knochen und Weichgewebe un-terscheiden. Die verminderte Auflösung beim DPX-IQ beeinflusst die Gesamtfläche des Knochen- bzw. Weichgewebes, wodurch Abweichungen in den Messergebnissen zwischen den beiden Geräten entstehen.

Der Cadmium-Zink-Tellurid Detektor des iDXA ist ein Halbleitersystem, bestehend aus 2 Reihen, welche eine genauere Bestimmung der Auftreffposition der Photonen ermög-lichen (siehe Kapitel 3.2.1.3 auf Seite 63). Dadurch können ebenfalls Knochen- und Weichgewebegrenzen besser detektiert werden [iDXA (2010)-Handbuch und persönliche Mitteilung von Herrn Mahlein, GE Lunar, Germany, 2012].

Der Hersteller veröffentlicht keine Informationen zu den Software-Algorithmen für die Knochendetektion und die Weichgewebeverteilung um den Knochen. Unterschiede in der Berechnung der Körperzusammensetzung würden ebenfalls Differenzen zwischen den Messergebnissen begründen.

Tothill et al. (1994) verglichen DXA-Geräte verschiedener Hersteller miteinander und führten als Begründung für unterschiedliche Messergebnisse Differenzen in der Kali-brierung und dem Fettverteilungsmodell an. Außerdem variiert die Empfindlichkeit der

Geräte in Abhängigkeit von einer unterschiedlichen Gewebedicke. Dies führt ebenfalls zu unterschiedlichen Messergebnissen. Die Autoren haben die Abhängigkeit der Mess-genauigkeit von der Gewebedicke mit dem sogenannten “Beam-Hardening” begründet.

Eine steigende Absorberdicke führt zu einer verstärkten Abschwächung der Photonen der geringeren Energiestufe. Dadurch ändert sich das Spektrum, da im Vergleich mehr Photonen der höheren Energiestufe zum Detektor gelangen. Dies führt zu einer verän-derten Bewertung des Knochenminerals. Außerdem ergänzten sie, dass Hersteller die Angaben bezüglich der Kalibrierung und des Fettverteilungsmodells als geschützt be-trachten, weswegen darüber nur Annahmen getroffen werden können.

Auch in dieser Arbeit stellen die von Tothill et al. (1994) aufgeführten Punkte mögliche Fehlerquellen dar, die eine Differenz bei den Messergebnissen hervorrufen.

Zusammenfassend lassen sich folgende Fehlerquellen identifizieren, die die unterschiedli-chen Messergebnisse erklären:

Tabelle 5.3.: Fehlerquellen bei einem Gerätevergleich Fehlerquelle

Unterschied zwischen den Geräten

DPX-IQ iDXA

Vergrößerungseffekt Strahlengeometrie

verminderte Auflösung Detektortechnologie

fehlerhafte Pixel Strahlungsintensität

verschiedene Algorithmen und

K-Kantenfilter verschiedene Referenz-R-Werte