Evaluation of effective dose in abdominal-CT subject to body habitus and tube current modulation

Ziel: Evaluierung der Effektivdosis in der Abdomen-CT in Abhängigkeit von der Körperkonstitution und des Potentials der Dosisreduktion durch zwei Röhrenstrommodulationstechniken an einem 16-Zeilen-Spiral-Computertomographen (MSCT). Methode: In der Studie werden an einem 16-MSCT zwei kommerziell verfügbare Implementierungen zur patientenabhängigen Röhrenstrommodulation bei der Computertomographie des Abdomens evaluiert. Das Potential der Dosisreduktion der Röhrenstrommodulation in der transversalen Ebene (DM2D) und der kombinierten transversalen und longitudinalen Röhrenstrommodulation (DM4D) wird im Vergleich zu CT-Scans mit konstantem Röhrenstrom untersucht. Mit dem klinischen Routineakquisitionsprotokoll für Abdomen-CT werden Computertomographien eines antropomorphen Alderson-Rando-Phantoms angefertigt. Zur Untersuchung der Abhängigkeit der Patientendosis von der Körperkonstitution wird das Alderson-Rando-Phantom mit fettäquivalenten Erweiterungsschalen der Stärke 3 cm und 6 cm ausgestattet, um drei verschiedene Körperkonstitutionen zu simulieren. Basierend auf der Ortsdosismessung mit 100 Thermolumineszenzdosimetern wird die effektive Ganzkörperdosis nach ICRP103 bestimmt. Als Korrelat der Bildqualität wird das Bildrauschen in den CT-Schichten gemessen. Ergebnisse: Für das 0 cm-, 3 cm- und 6 cm-Phantom werden mit dem Standardprotokoll ohne Dosismodulation effektive Ganzkörperdosiswerte von 11,6 ± 0,5, 17,2 ± 0,7 und 17,6 ± 0,8 mSv gemessen. Mit DM2D ergeben sich für das 0 cm-Phantom Werte von 11,1 ± 0,5 mSv, was einer Dosiseinsparung von 4,7 % entspricht. Für das 3 cm-Phantom wird mit Effektivdosiswerten von 15,8 ± 0,6 mSv und für das 6 cm-Phantom mit 16,0 ± 0,6 mSv eine Dosisreduktion von 8,2 % bzw. 9,4 % erreicht. Mit DM4D wird für das 0 cm-Phantom eine Effektivdosis von 5,7 ± 0,3 mSv entsprechend einer Dosisreduktion von 53,7 % im Vergleich zur Messung ohne Röhrenstrommodulation ermittelt. Es wird für das 3 cm- und 6 cm-Phantom mit 12,2 ± 0,9 und 15,1 ± 0,6 mSv eine Reduktion der Effektivdosis von 31,5 % und 16,0 % gemessen. In den durchgeführten Abdomen-CT-Untersuchungen werden mit ansteigendem Körperquerschnitt des Alderson-Rando-Phantoms höhere Effektivdosiswerte gemessen. Das Bildrauschen der CT-Bilder steigt mit erweitertem Körperquerschnitt und mit Reduktion der Strahlenexposition durch Röhrenstrommodulation an. Im Vergleich der Körperregionen mit niedriger zu höherer Röntgenschwächung bleibt das Bildrauschen entlang der z-Achse in allen Untersuchungen konstant. Schlussfolgerung: Die Effektivdosiswerte in der Abdomen-CT steigen mit zunehmendem Körperumfang des Patienten signifikant an. Durch individuelle Anpassung des Röhrenstroms an den Körperdurchmesser durch die kombinierte Röhrenstrommodulation (ATCM) kann die Effektivdosis bei der Abdomen-CT um bis zu 53,7 % gesenkt werden. Die kombinierte ATCM führt unter Beibehalten eines konstanten Bildrauschniveaus für alle Konstitutionstypen bei schlanken Patienten zu einer deutlich höheren Reduktion der Strahlenexposition als bei adipösen Patienten.Purpose: To evaluate effective dose (ED) in abdominal-CT subject to body habitus and as a function of two commercialized automatic exposure control systems (AEC) considering their potential for reducing radiation exposure to the patient while maintaining image noise. Methods: The aim of this study is to determine effective dose for abdominal-CT examinations as a function of angular (DM2D) and combined (DM4D) AEC compared to fixed tube current using 16 -multislice-CT (MSCT) under clinical conditions. To evaluate patient dose subject to body habitus the original diameter of an anthropomorphic Alderson- Rando-phantom is increased using two additional layers of fat-equivalent material (3 and 6 cm) to simulate three body constitution types. Effective dose is measured with 100 thermoluminescence dosimeters, image noise has been evaluated by regions-of-interests (ROI). Results: With fixed tube current effective dose values range from 11,6 ± 0,5, 17,2 ± 0,7 to 17,6 ± 0,8 mSv for the 0 cm-, 3 cm- and 6 cm-phantom. Using DM2D 11,1 ± 0,5 mSv is measured for the 0 cm-phantom appropriate to dose reduction of 4,7 %. For the 3 cm- and 6 cm-phantom an ED of 15,8 ± 0,6 mSv and 16,0 ± 0,6 mSv according to reduction in patient dose of 8,2 % and 9,4 % is measured respectively. With combined tube current modulation DM4D an ED of 5,7 ± 0,3 mSv is detected for the 0 cm- phantom correlating to dose reduction of 53,7 %. The corresponding values for the 3 cm- and 6 cm-phantom are 12,2 ± 0,9 und 15,1 ± 0,6 mSv for ED and furthermore 31,5 % und 16,0 % for dose reduction. With increasing diameter of the scanned abdominal region dose reduction decreases significantly. Image noise is kept constant along z-axis in body regions with high and low beam attenuation. Conclusion: Effective dose values increase with enlargement of body diameter of the patient. Use of automatic tube current modulation enables significant radiation dose reduction in abdominal CT examinations up to 53,7 % compared to fixed tube current CT procedure. Combined AEC protocols affects reduction of patient dose especially for smaller body types. Radiation exposure can be optimized with regard to the patients’ body size with keeping image noise constant along the z-axis