Estimation of Radiation Exposure of Prospectively Triggered 128-Slice Computed Tomography Coronary Angiography

Zusammenfassung

Ziel: Ziel der Studie war die Abschätzung der effektiven Dosis der prospektiv getriggerten CT-Koronarangiografie (CTCA) im Step-and-Shoot-Modus (SAS-Modus) in Abhängigkeit des Röhrenstroms und der Röhrenspannung. Material und Methoden: Für die Dosismessungen wurde ein mit Thermolumineszenzdosimetern bestücktes Alderson-Rando-Phantom verwendet. Die effektive Ganzkörperdosis wurde entsprechend der Richlinien von ICRP 103 berechnet. Alle Messungen wurden an einem 128-Zeilen-CT durchgeführt mit einer Kollimation von 128 × 0,6 mm und einer Rotationszeit von 0,38 Sekunden. Die CTCA im SAS-Modus wurde mit verschiedenem Röhrenstrom (160, 240, 320 mAs) und Röhrenspannung (100, 120, 140 kV) und einer simulierten Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute mit einer Scanstrecke von 13,5 cm durchgeführt. Ergebnisse: In Abhängigkeit des Geschlechts, des Röhrenstroms und der Röhrenspannung beträgt die effektive Dosis der CTCA 2,8 – 10,8 mSv. Aufgrund des Brustdrüsengewebes im primären Strahlungsfeld zeigen die frauenspezifischen effektiven Dosiswerte einen Anstieg von bis zu 60.0 ± 3.4 % im Vergleich zu Männern. Die Dosis kann durch eine Verringerung des Röhrenstroms mit einer positiven linearen Korrelation signifikant um bis zu 60,4 % gesenkt werden (r = 0,998; p = 0,044). Durch eine Senkung der Röhrenspannung kann die effektive Dosis überproportional um bis zu 52,4 % vermindert werden. Schlussfolgerung: Die effektive Dosis der Niedrigdosis-CTCA im SAS-Modus kann durch eine Adaptation des Röhrenstroms und der Röhrenspannung weiter signifikant reduziert werden und sollte auch in klinischen Routineprotokollen, z. B. durch eine gewichtsadaptierte Auswahl der Scanparameter, Anwendung finden.

Abstract

Purpose: To estimate the effective dose of prospectively triggered computed tomography coronary angiography (CTCA) in step-and-shoot (SAS) mode, depending on the tube current and tube voltage modulation. Materials and Methods: For dose measurements, an Alderson-Rando-phantom equipped with thermoluminescent dosimeters was used. The effective dose was calculated according to ICRP 103. Exposure was performed on a 128-slice single source scanner providing a collimation of 128 × 0.6 mm and a rotation time of 0.38 seconds. CTCA in the SAS mode was acquired with variation of the tube current (160, 240, 320 mAs) and tube voltage (100, 120, 140 kV) at a simulated heart rate of 60 beats per minute and a scan range of 13.5 cm. Results: Depending on gender, tube current and tube voltage, the effective dose of a CTCA in SAS mode varies from 2.8 to 10.8 mSv. Due to breast tissue in the primary scan range, exposure in the case of females showed an increase of up to 60.0 ± .4 % compared to males. The dose reduction achieved by a reduction of tube current showed a significant positive, linear correlation to effective dose with a possible decrease in the effective dose of up to 60.4 % (r = 0.998; p = 0.044). Disproportionately high, the estimated effective dose can be reduced by using a lower tube voltage with a dose reduction of up to 52.4 %. Conclusion: Further substantial dose reduction of low-dose CTCA in SAS mode can be achieved by adapting the tube current and tube voltage and should be implemented in the clinical routine, i. e. adapting those protocol parameters to patient body weight.

prospectively triggered CTCA - effective dose - Alderson-Rando phantom - step-and-shoot

References

• 1 Brodoefel H, Burgstahler C, Tsiflikas I et al. Dual-Source CT: Effect of Heart Rate, Heart Rate Variability, and Calcification on Image Quality and Diagnostic Accuracy.  Radiology. 2008;  247 346-355
• 2 Maurer M H, Hamm B, Dewey M. Umfrage zur klinischen Anwendung der CT des Herzens in Deutschland: Indikationen, Durchführung und Befundung.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 1135-1143
• 3 Lotz J, Kivelitz D, Fischbach R et al. Empfehlungen für den Einsatz der Computertomografie und Magnetresonanztomografie in der Herzdiagnostik. Teil 2 – Magnetresonanztomografie.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 800-814
• 4 Fischbach R, Miller S, Beer M et al. Empfehlungen der Arbeitsgemeinschaft Herzdiagnostik der Deutschen Röntgengesellschaft für den Einsatz der Computertomografie und Magnetresonanztomografie in der Herzdiagnostik. Teil 1 – Computertomografie.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 700-706
• 5 Scheffel H, Alkadhi H, Leschka S et al. Low-dose CT coronary angiography in the step-and-shoot mode: diagnostic performance.  Heart. 2008;  94 1132-1137
• 6 Brenner D J, Hall E J. Computed tomography--an increasing source of radiation exposure.  N Engl J Med. 2007;  357 2277-2284
• 7 Heyer C M, Peters S, Lemburg S. Die Struktur des Deutschen Röntgenkongresses und die wissenschaftliche Behandlung der Themen Strahlendosis und Dosisreduktion: eine Analyse der Jahre 1998 – 2008.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 1065-1072
• 8 Ketelsen D, Thomas C, Werner M et al. Dual-source computed tomography: Estimation of radiation exposure of ECG-gated and ECG-triggered coronary angiography.  Eur J Radiol. 2010;  73 274-279
• 9 Kuettner A, Gehann B, Spolnik J et al. Strategien der Dosisoptimierung in der pädiatrischen Dual-Source-Kardio-CT.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 339-348
• 10 Stolzmann P, Leschka S, Scheffel H et al. Dual-source CT in step-and-shoot mode: noninvasive coronary angiography with low radiation dose.  Radiology. 2008;  249 71-80
• 11 Anders K, Baum U, Gauss S et al. Erste Erfahrungen mit der sequenziellen, prospektiv getriggerten CT-Koronarangiografie an einem 128-Schicht-Computertomografen.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 332-338
• 12 Ketelsen D, Luetkhoff M H, Thomas C et al. Estimation of the radiation exposure of a chest pain protocol with ECG-gating in dual-source computed tomography.  Eur Radiol. 2009;  19 37-41
• 13 Hunold P, Vogt F M, Schmermund A et al. Radiation exposure during cardiac CT: effective doses at multi-detector row CT and electron-beam CT.  Radiology. 2003;  226 145-152
• 14 The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP publication 103.  Ann ICRP. 2007;  37 1-132
• 15 Achenbach S, Anders K, Kalender W A. Dual-source cardiac computed tomography: image quality and dose considerations.  Eur Radiol. 2008;  18 1188-1198
• 16 Hermann F, Martinoff S, Meyer T et al. Reduction of radiation dose estimates in cardiac 64-slice CT angiography in patients after coronary artery bypass graft surgery.  Invest Radiol. 2008;  43 253-260
• 17 Horiguchi J, Kiguchi M, Fujioka C et al. Radiation dose, image quality, stenosis measurement, and CT densitometry using ECG-triggered coronary 64-MDCT angiography: a phantom study.  Am J Roentgenol. 2008;  190 315-320
• 18 Schroeder S, Achenbach S, Bengel F et al. Cardiac computed tomography: indications, applications, limitations, and training requirements: report of a Writing Group deployed by the Working Group Nuclear Cardiology and Cardiac CT of the European Society of Cardiology and the European Council of Nuclear Cardiology.  Eur Heart J. 2008;  29 531-556
• 19 Klass O, Walker M, Siebach A et al. Prospectively gated axial CT coronary angiography: comparison of image quality and effective radiation dose between 64- and 256-slice CT.  Eur Radiol. 2010;  20 1124-1131
• 20 Einstein A J, Henzlova M J, Rajagopalan S. Estimating risk of cancer associated with radiation exposure from 64-slice computed tomography coronary angiography.  JAMA. 2007;  298 317-323
• 21 Theocharopoulos N, Damilakis J, Perisinakis K et al. Energy imparted-based estimates of the effect of z overscanning on adult and pediatric patient effective doses from multi-slice computed tomography.  Med Phys. 2007;  34 1139-1152
• 22 Kalra M K, Maher M M, Toth T L et al. Strategies for CT radiation dose optimization.  Radiology. 2004;  230 619-628
• 23 Stolzmann P, Donati O F, Scheffel H et al. Low-dose CT coronary angiography for the prediction of myocardial ischaemia.  Eur Radiol. 2010;  20 56-64
• 24 Stolzmann P, Scheffel H, Schertler T et al. Radiation dose estimates in dual-source computed tomography coronary angiography.  Eur Radiol. 2008;  18 592-599
• 25 Leschka S, Stolzmann P, Schmid F T et al. Low kilovoltage cardiac dual-source CT: attenuation, noise, and radiation dose.  Eur Radiol. 2008;  18 1809-1817
• 26 Boetticher H, Lachmund J, Looe H K et al. Die Empfehlungen der ICRP von 2007 ändern die Berechnungsgrundlagen für die effektive Dosis: Welche Bedeutung hat dies für die Abschätzung der Strahlendosis von Patienten und Personal?.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 391-395