DEUTSCHES
ÄRZTEBLATT ZUR FORTBILDUNG
Digitale
Lumineszenz-Radiographie
Eine Technik,
die das konventionelle Röntgen ersetzt
Gerd Witte,
Bernd Schwermer und Egon Bücheler
Die digitale Lumineszenzradiographie (DLR) ermöglicht es, Untersuchungen, die bislang in Blattfilmtechnik vorgenom- men wurden, als digitale Untersuchung durchzuführen. Es resultieren Vorteile für Patienten (Dosisreduktion) sowie Un- tersucher (Speicherung, Nachbearbeitung). Die DLR führt zu einer Änderung in der gesamten konventionellen Röntgen- diagnostik, die etwa 70 Prozent der bildgebenden Diagnostik ausmacht, und stellt einen entscheidenden Schritt in Rich- tung „digitale Röntgenabteilung" dar.
ür die Entwicklung von mo- dernen Bildtechniken wie Computer-Tomographie (CT), Kernspintomogra- phie (Magnetic Resonance Tomo- graphy, MRT) und der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) ist der Einsatz von Rechnern Voraus- setzung. Mit Hilfe dieser Rechner ist es möglich, die Untersuchungsinfor- mation in Form digitaler Bilder dar- zustellen. Obwohl diese neuen com- putergestützten Bildtechniken das Spektrum der Diagnostik erweitert und qualitativ erheblich verbessert haben, werden dennoch heute 70 Prozent der Leistungen in der bild- gebenden Diagnostik (Abbildung 1) als konventionelle Röntgenuntersu- chung durchgeführt. Die digitale Lu- mineszenzradiographie (DLR) bie- tet nun die Möglichkeit, die notwen- digen diagnostischen Informationen nicht mehr mit Hilfe von konventio- nellen analogen Röntgenaufnahmen, sondern durch digitale Techniken zu gewinnen.
Technik der DLR
Bei der digitalen Lumineszenz- radiographie (DLR) wird anstelle der bislang gebräuchlichen Kassette mit Film-Folienkombination eine Kasset- te mit einer lumineszierenden Spei- cherfolie benutzt. Die Kassette mit der Speicherfolie wird durch her- kömmliche Röntgenstrahler belich-
tet, so daß die vorhandenen Röntgen- geräte ohne jegliche Veränderung weiter benutzt werden können. Es ist nur notwendig, die Filmfolienkasset- ten gegen spezielle Speicherfolien- kassetten zu ersetzen. Während bei den normalen Röntgenfilmen das dia- gnostische Bild durch die Filment- wicklung entsteht, wird die exponierte Speicherfolie zunächst durch einen Laserstrahl Punkt für Punkt (ca. 2000 x 2000 Bildpunkte) ausgelesen. Das bei dieser Abtastung entstehende Lu- mineszenzlicht wird über einen Pho- tomultiplier in ein elektrisches Signal transformiert. Dieses Signal wird nor- miert, und für jeden dieser 2000 x 2000 einzelnen Bildpunkte werden Zahlenwerte im Rechner gespeichert.
Somit kann die Untersuchungsinfor- mation berechnet und als Bild auf ei- nem Monitor oder mittels einer Laser- kamera als „normales Röntgenbild"
auf einem Film dargestellt werden (5, 6, 9, 10, 12).
Während bei der konventionel- len Röntgenuntersuchung der Film zur Aufnahme, Speicherung und Wiedergabe der Information dient, werden diese einzelnen Untersu- chungsabschnitte bei der digitalen Luminenszenzradiographie in je- weils unterschiedlichen Schritten vorgenommen. Damit sind die Un- Radiologische Klinik, Abteilung Röntgen- diagnostik (Direktor: Professor Dr. med.
Egon Bücheler), Universitätskrankenhaus Eppendorf, Hamburg
tersuchungsabschnitte einzeln än- derbar, ohne daß auch die anderen Abschnitte der Informationskette beeinflußt werden müssen. So be- deuten Dosisänderungen bei der Filmexposition nicht unbedingt eine Schwärzungsänderung des endgülti- gen Bildes.
Die Kennlinie einer Filmfolien- kombination besitzt nur in einem re- lativ schmalen Dosisbereich einen geradlinigen Kurvenverlauf (Abbil- dung 2). Nur in diesem engen Be- reich ist eine direkte Proportionali- tät zwischen Dosis und Filmschwär- zung und somit eine korrekte Film- belichtung gegeben. Im Gegensatz dazu bietet die Speicherfolie über ei- nen großen Dosisbereich eine line- are Empfindlichkeitscharakteristik.
Somit resultiert über diesen gesam- ten Bereich eine Proportionalität zwischen Röntgendosis und Film- schwärzung. Praktisch bedeutet dies eine erhebliche Reduktion von fehl- belichteten Aufnahmen.
Anwendung
Die Erfahrungen mit der digita- len Lumineszenzradiographie bei er- sten klinischen Anwendungen sind so erfolgversprechend, daß man da- von ausgehen kann, daß ein Großteil der Untersuchungen, die bislang in konventioneller Röntgentechnik ausgeführt werden, in Zukunft mit Hilfe der digitalen Technik durchge- Dt. Ärztebl. 86, Heft 37, 14. September 1989 (51) A-2539
relatives
DetektorsignalFilm-Folie —
Speicherfolie—♦
0,05 0,5 5
Detektordosis [mR]
50 10 000 -
1 000
100 -
Abbildung 1: Verteilung der bildgebenden Verfahren im Land Nie dersachsen 1986. Auf die konventionelle Radiographie entfallen trotz moderner bildgebender Verfahren 70 Prozent der Untersuchungen (schraffierte Fläche)
Abbildung 2: Kennlinie einer Film-Folien-Kombination sowie der Speicherfolie. Die Film-Fo- lien-Kombination zeigt nur in einem relativ schmalen Dosisbereich einen linearen Kurvenver- lauf und somit eine direkte Proportionalität zwischen Dosis und Schwärzung
führt werden (1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12 ).
Die DLR bietet gegenüber der kon- ventionellen Röntgentechnik folgen- de Vorteile:
1. Reduktion der Strahlendosis pro Untersuchung;
2. Anwendung von Techniken.
der Bildnachbearbeitung (vergleich- bar mit Techniken anderer digitaler Untersuchungsmodalitäten wie CT, MRT und DSA);
3. Speicherung und Archivie- rung der digitalen Untersuchungsin- formationen auf elektronischen Me- dien.
1. Reduktion der Strahlendosis
Durch die höhere Empfindlich- keit des Speicherfoliensystems ge- genüber dem Filmfoliensystem ist für alle durchzuführenden Untersu- chungen eine deutliche Reduktion der Strahlendosis pro Untersuchung zu erwarten. Diese Reduktion kann je nach Indikation mehr als 50 Pro- zent der für die entsprechende kon- ventionelle Aufnahme notwendigen Dosis ausmachen (3). Die höchsten Dosisreduktionen sind bei unfall- chirurgischen und orthopädischen postoperativen Kontrolluntersu-
chungen zu erwarten, nachdem die Feindiagnostik in der Primärunter- suchung bereits stattgefunden hat.
Erste Ergebnisse von Screening- Untersuchungen, wie zum Beispiel Einstellungs- und Blutspendeunter- suchungen, lassen auch in der Tho- raxdiagnostik eine deutliche Dosisre- duktion bei ausreichender diagnosti- scher Information erwarten (Abbil- dung 3) (2, 3).
2. Anwendung von Bildnachbearbeitungs- techniken
Die Nachbearbeitung digitaler Untersuchungen dient dazu, die durch die Untersuchung gewonne- nen Informationen in optimaler bild- licher Form darzustellen. Von den möglichen Bildnachbearbeitungs- techniken erscheinen für die klini- sche Anwendung der DLR folgende sinnvoll: Kontrast und Helligkeitsän- derung, Frequenzfilterung.
Der Kontrast und die Helligkeit des Bildes können durch unter- schiedliche Anstiegskurven in der Bildnachbearbeitung geändert wer- den. Entsprechende Algorithmen werden bereits in der Bildbearbei- tung von CT, MRT und DSA ange-
wandt. Die Frequenzfilterung er- möglicht eine deutlichere Darstel- lung von Strukturen, die sich nur ge- ring in ihrer Dichte unterscheiden (5, 6, 9, 10). So sind Frequenzen be- stimmter interessierender Struktu- ren hervorzuheben, um so Verände- rungen wie kleine pulmonale Rund- herde oder diskrete interstitielle Verdichtungen, die im konventionel- len Röntgenbild noch nicht oder nur schwach erkennbar sind, deutlicher darzustellen (Abbildung 5).
3. Speicherung und Archivierung
Ein digitales Thoraxbild mit 2000 x 2000 Bildpunkten erfordert etwa 4 Megabyte Speicherkapazität, während ein DSA-Bild mit 512 x 512 Pixeln 0,32 Megabyte Speicher- größe erfordert. Dies verdeutlicht die erheblich größere Speicherkapa- zität, die für DLR-Bilder im Ver- gleich zu anderen digitalen bildge- benden Verfahren notwendig ist.
Solche Datenmengen können prak- tisch nur auf optischen Laserplatten (DOR) mit einer Kapazität von über 2 Gigabytes (2000 Megabytes) ge- speichert werden. Auf einer solchen Speicherplatte kann man bis zu 800 A-2542 (54) Dt. Ärztebl. 86, Heft 37, 14. September 1989
Abbildung 3: Thoraxuntersuchung in analo- ger und digitaler Untersuchungstechnik.
3 a): Darstellung in normaler konventionel- ler, analoger Technik; Personaleinstellungs- untersuchung, Normalbefund (Film-Folien- Kombination, Curix-RP-Film, Saphir-Folie, 120 KV, 15 rnAS).
3 b): Darstellung in DLR-Technik (derselbe Patient); links: Nachbearbeitung so gewählt, daß eine Abbildung entsprechend einer konventionellen analogen Aufnahme resultiert;
rechts: Nachbearbeitung so gewählt, daß eine „kantenangehobene" Abbildung resultiert (120 KV, 5 mAS)
bis 1000 DLR-Untersuchungen ohne wesentliche Datenkompression spei- chern (1, 11). Eine Entwicklung zu einer umfassenderen digitalen Infor- mationsüberspielung und Speiche- rung (PACS: P-icture A-rchiving and C-ommunication S-ystem) zeichnet sich ab (1, 7, 11).
keine neuen Röntgenstrahler not- wendig sind, daß außer der Investi- tion für die DLR-Einheit keine zu- sätzlichen Gerätekosten entstehen.
Weiterhin zeichnet sich die DLR-Technik durch eine hohe Ver- satilität aus, so daß eine einfache Anwendung in diagnostischen Pro- blembereichen wie Unfallzimmer
oder Intensivstation möglich ist. Die bislang in diesen Bereichen auf- tretenden belichtungstechnischen Schwierigkeiten können durch die breite lineare Empfindlichkeit der Speicherfolie kompensiert werden (Abbildung 4). So ist bei inzwischen über 4500 Thoraxuntersuchungen auf der Intensivstation, die wir seit
Diskussion
Die Einführung der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR) in die bildgebende Diagnostik ist so- wohl im Hinblick auf die einzelne Röntgenuntersuchung als auch unter Berücksichtigung der Gesamtent- wicklung innerhalb der Radiologie zu betrachten. Die Vorteile der Do- sisreduktion, der Bildnachbearbei- tung und der Bildspeicherung lassen bereits heute eine sinnvolle diagno- stische Anwendung erwarten. Auf- grund von Berichten über klinische Anwendungen (3, 5, 6) sowie eige- nen Erfahrungen mit inzwischen über 10 000 Untersuchungen seit In- stallation einer DLR-Einheit im De- zember 1987 in unserer Klinik kann man diese Erwartungen bestätigen (12).
Gegenüber anderen Radiogra- phiesystemen (8) besitzt die vorge- stellte DLR-Technik den Vorteil, da
Abbildung 4: Schädelphantom-Darstellung mit 75 KV sowie unterschiedlichen mAS-Werten
(links oben: 250 mAS; links unten: 25 mAS; rechts oben: 10 mAS; rechts unten: 2,5 mAS).
4 a): konventionelle Darstellung zeigt entsprechende Über- und Unterexposition. 4 b): glei- che Aufnahmeparameter wie in 4 a) als digitale Lumineszenzradiographie zeigen trotz der unterschiedlichen mAS-Werte diagnostisch auswertbare Abbildungen
Dt. Ärztebl. 86, Heft 37, 14. September 1989 (57) A-2545
Abbildung 5: Lungenschichtung bei metastasierendem Hypernephrom. Schichtdicke 1 cm, lineare Verwischung, 90 KV, 45 mAS. 5 a): Darstellung in konventioneller Technik, Aus- schnitt linkes Unterfeld. 5b) Darstellung in DLR-Technik; derselbe Patient; mit „kantenbe- tonter" Nachbearbeitung zusätzliche Metastase dorsobasal erkennbar (Pfeil)
Einführung des digitalen Systems in unserer Klinik durchgeführt haben, keine Wiederholungsaufnahme we- gen schlechter Belichtung notwendig gewesen (12).
Die digitale Luminenszenzra- diographie ist für die bildgebende Diagnostik als Einzeluntersuchung sicherlich nicht so eine dramatische Entwicklung, wie es die Computerto- mographie zu ihrer Zeit war. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die vorgestellte Methode zur einer Än- derung der einzelnen Untersuchun- gen im gesamten Bereich der kon- ventionellen Röntgendiagnostik füh- ren wird, die etwa 70 Prozent der bildgebenden Diagnostik ausmacht (Abbildung 1). Das bedeutet für die praktische Anwendung, daß ein Großteil der täglichen radiologi- schen Arbeit durch die Einführung der DLR verändert wird.
Neben den Vorteilen der DLR für die einzelne Röntgenuntersu- chung ist die vorgestellte DLR-Tech- nik im Rahmen der Gesamtentwick- lung der radiologischen Diagnostik zu beurteilen. Auch wenn gegenwär- tig noch nicht alle Hardware-Vor- aussetzungen (ausreichende Spei- cherkapazität, schnelle Ubertra-
gungsnetze) vorhanden sind, um ei- ne radiologische Abteilung „volldigi- tal" arbeiten zu lassen, ist die klini- sche Einführung der DLR ein ent- scheidender Schritt in Richtung „Di- gitale Röntgenabteilung" (1, 7, 11).
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Anschrift für die Verfasser:
Privatdozent
Dr. med. Gerd Witte Radiologische Klinik
Abteilung Röntgendiagnostik Universitätskrankenhaus Eppendorf
Martinistraße 52 2000 Hamburg 20 A-2546 (58) Dt. Ärztebl. 86, Heft 37, 14. September 1989
