Evaluation unterschiedlicher 16-Zeilen-CT-Colonographie-Protokolle am Schweinedarmmodell

Zusammenfassung

Ziel: Entwicklung und Erprobung eines einfach herzustellenden biologischen Kolonmodells aus Schweinedarm mit simulierten Polypen. Verwendung dieses Modells zur Abschätzung der Leistungsfähigkeit der CT-Colonographie (CTC) mit 16-Zeilen-Technik und Auswahl eines optimierten Scanprotokolls für eine klinische Anwendung. Material und Methoden: An einem 20 cm langen Stück Schweinekolon wurden sechs polypoide Läsionen zwischen 1 und 6 mm Größe mittels Schlingennähten an der Darminnenwand erzeugt. Anschließend wurde der Darm mit Luft distendiert, in einem Wasserbad gelagert und so in einem 16-Zeilen-CT (Somatom Sensation 16, Siemens, Forchheim) untersucht. Hierbei wurden bei konstanter Kollimation (0,75 mm) systematische Kombinationen aus unterschiedlichen mAs-Werten (50, 75, 100 mAs), Schichtdicken (0,75, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 5,0 mm) und Pitchfaktoren (1,0, 1,25, 1,5) verwendet. Das Kolonmodell wurde mit den resultierenden 54 CTC-Protokollen sowohl in Längs- als auch in Querlage zur Scanrichtung untersucht. Zwei Radiologen beurteilten unabhängig voneinander die Erkennbarkeit der Polypen, getrennt nach axialen und endoluminalen Darstellungen der CTC-Datensätze. Dosismessungen wurden mittels eines Alderson-Phantoms durchgeführt. Ergebnisse: Das Kolonmodell bot eine realitätsnahe Imitation einer polyptragenden menschlichen Kolonwand. Der Versuchsaufbau erlaubte eine systematische Beurteilung der Abhängigkeit der Polyperkennung von der Polypgröße, der Kolonlage und den untersuchten CTC-Parametern unter weitgehender Ausschaltung anderer Einflussfaktoren. Bei quer liegendem Kolon waren die Polypen signifikant schlechter als bei längs liegendem Kolon erkennbar. Zur Detektion von Polypen mit mindestens 3 mm Durchmesser sollte die 16-Zeilen-CTC in Niedrigdosistechnik (50 mAs) mit einer Schichtdicke von maximal 3 mm und einem Pitchfaktor von 1,5 durchgeführt werden. Wenn auch kleinere Polypen erkennbar sein sollen, müssen die Schichtdicke auf max. 1 mm und der Pitchfaktor auf 1,0 reduziert werden. Die effektive Dosis des Niedrigdosisprotokolls beträgt 4,08 mSv. Schlussfolgerung: Das vorgestellte Kolonmodell erlaubte die Vorauswahl eines CTC-Protokolls für eine spätere klinische Anwendung. Sollte sich hierbei die hohe Detektionsleistung der Low-dose-Protokolle aus den In-vitro-Versuchen bestätigen, würde die Verwendung der 16-Zeilen-Technik einen deutlichen Fortschritt für die CTC als Screeningmethode bedeuten.

Abstract

Purpose: To develop and to test an easily produced biological colon model with simulated polypoid lesions. Application of this phantom for the selection of an optimized scan protocol of 16-row CT colonography (CTC) for clinical use. Methods and Material: Six polypoid lesions (1 - 6 mm) were simulated with sutures on the inner face of a porcine colon segment (20 cm). After distending the colon segment with air, the phantom was placed in a water quench and CT scans were performed on a MDCT-scanner (Somatom Sensation 16, Siemens, Forchheim). At constant values for collimation (16x0.75 mm) and voltage (120 kV), 54 different combinations of mAs values (50, 75 and 100 mAs), pitch factors (1, 1.25 and 1.5) and slice thicknesses (0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 and 5.0 mm) were tested systematically. The phantom was scanned in the longitudinal and transverse axis to simulate the different orientation of the colon in the abdomen. Axial slice images and virtual endoscopic views of all data sets were presented separately to 2 radiologists who independently determined number and size of detectable polyps. Dose exposure was measured with an Alderson phantom. Results: The colon model offered a realistic imitation of a polyp-covered, human colon. The experimental set-up allowed a systematic evaluation of polyp detection related to lesion size, orientation of the colon and CTC parameters, with other influencing factors mostly excluded. Polyps were significantly better detected in the longitudinal than in the transverse orientation of the colon. For the detection of lesions of at least 3 mm, a low dose (50 mAs) 16-row CTC should be combined with a pitch of 1.5 and a maximum slice thickness of 3 mm. For the depiction of polyps smaller than 3 mm, slice thickness and pitch should amount to 1 mm and 1.0, respectively. Effective dose of this low dose protocol is 4.08 mSv. Conclusion: The porcine colon phantom represents a realistic and easily produced alternative to other colonography models. It allows a preselection of a CTC-protocol for subsequent clinical testings. If the high in vitro performance of the low-dose 16-row CTC-protocol is confirmed on a human collective, the use of 16-row technique would represent a big step for CTC toward a screening method.

Key words

CT colonography - polyps - colon carcinoma - multislice CT - phantom study

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