Originalarbeiten Digitale Lumineszenzradiographie(DLR) zur Skelettdiagnostik in der Traumatologie Von R.-D. Müller', B. ßudden6rock1. !/.-J. K o c p . M. 6:/,öhrl urld K.-P. Schmit-Neuerbur/

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V. John'. E. ßosch', G. ~chrnid?,H. ~irctze.'.

Digital luminescence radiography

Zusammenfassung .-

(DLR)in the diagnosis of traumalic 170 Patienten mit traumatologischen Veränderungen an Skelett und Weichteilen werden digital und in herkömmlicher Film-Folien-Technik geröntgt. Neben den „konventionell angeglichenen" und ..kantenbetonten" digitalen Standardausspielungen werden Bildnachverarbeitungen in die Auswertung einbezogen und den konventionellen Röntgenfilrnen gegenübergestellt.. Vier Radiologen und 2 Traumatologen bewerten die Abbildungsgüte von Kompakta, Spongiosa, Weichteilen, Frakturen und Osteosynthesematerial mit den verschiedenen Systemen. Das ,.konventionell angeglichene" digitale Bild ist dem Röntgenfilm durchweg unterlegen. die ,,kantenbetonteHAusspielung zeigt deutliche Vorteile bei der Darstellung von Weichteilen. Die Beurteilung von Osteosynthesen wird dagegen durch Überschwingartefakte eingeschränkt. Erst durch eine ~ildnachverarbeitungmit optimierten Parametern Iäßt sich die Detailerkennbarkeit signifikant verbessern.

Einleitung

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Zur Basisdiagnostik bei traiimatologischen Patienten sind projektionsradiographische Techniken effektive und rasch zugängliche Verfahren geblieben, die durch moderne Schnittbildverfahren ergänzt, aber nicht ersetzt werden können. Mit der digitalen Lumineszenzradiographie (DLR) steht ein leistungsfähiges digitales Rildverarbeitungssystem für die großflächige Projektionsradiographie zur Verfügung, mit dem alle Möglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung (z. B. Helligkeitsoptimierung, Kontrast--

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170 patients who had suffered trauma to bones or soft tissues werc cxilmined by a digital and a coriventional filrn/screen technique. In addition to "standard" and edge-enhanced images, post-processing was carried out and compared with conventional radiographs. Four radiologists and two surgeons evaluated the compacta, spongiosa, soft tissues, fractures and osteo-synthetic materials as shown on the two Systems. The "standard" digital images are inferior to film images, but edge-enhanced images showed definite advantages for demonstrating soft tissues. Evaluation of osteo-synthetic material is limited by the creation of artifacts. Recognition of detail can be significantly improved by iising post-processing with optimed parameters.

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Digitale Lumineszenzradiographie - Skelettdiagnostik - Traumatologie - Digitale Standardausspielung - Bildnachverarbeitung - Überschwingartefakte

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Key words -

Schlüsselwörter -.

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bone lesions

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Portschr. Röntgenstr. 154.6(1991)575-581 O GeorgThicmeVerlng Stuttgart. New York

Digital luminescence radiography Skeletal diagnosis - Traumatology - Standard digital images - Image post-processing- Creation of artifacts

anhebung, Kantenbetonung) anwendbar sind. die sich bei Computertomographie, Kernspintomographie und digitaler Siibtraktionsangiographie als vorteilhaft erwiesen haben. Digitale Röntgenverfahren eröffnen neue Möglichkeiten der Bildarchivierung und Kommunikation mit raschem Bildtransfer zwischen Schockraumeinheit. Röntgenabteilung und Operationssaal, die eine Arbeits- und Zeiteinsparung ermöglichen können (7. 8, 20). Durch eine große Bilddynamik (104)mit daraus resultierendem erweiterten Expositionsspielraum lassen sich Fehlbelichtungen weitestgehend ausgleichen (12. 13, 1 6 , 2 3 , 25). Diese Eigenschaften machen die DLR für Röntgenanforderungen aus der Traumatologie in besonderer Weise geeignet, d a bei diesen Patienten viele bclichtungstechnisch schwierig einzustellende Aufnahmen oft nur unter erschwerten Bedingungen anzufertigen sind. In

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liöntgendiagnostisches Zenlralinstitut' (Direktor: Prof. Dr. rned. E. [.Öhr). Abteiliing riir Unrallchirurgie' (Direktor: f'rof. Dr. rned. K.-P. Scliiiiit-Neiierbiirg) und lnslilut für Medizinische Inforiiiatik ~iridRiomathcrnatik" (Dircktor: Prof. Ur. H . (;. Schinitt). Univcrsitiilsklinikiim Essen

576 Eortschr. Röntgeristr. 154.6 .

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einer vergleichenden Ilntersuchung wird überprüft, inwieweit die DLR bei geringerer Ortsauflösung (2.5 Linienpaare/Millimoter) die hohen Anforderungen a n die Erkennbarkeit kleiner knöcherner Details in d e r Traumatologie erfüllen kann. Dabei gilt es herauszufinden, in welchem Umfang die für d e n klinischen Routinebetrieb verfügbaren Bildverarbeiturigen die Möglichkeiten der DI,R zufriedenstellend ausschöpfen, oder o b die Detailerkennbarkeit durch a n d e r e Abbildungs~nodiweiter verbessert werden kann Patienten und Methode

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Bei 170 Patienten im Alter von 2 bis 86 Jahren wurden Höntgeriaufnahmcn des Skeletts angefertigt. 81 Patienten hatten Läsionen an Knochen- und Gelenkstrukturen der obcren Extremität, 68 Verletzungen der unteren Extremität. und 21 Paticnten zeigten Veränderungen an Wirbelsäule und Beckeri. Neben der konventionellen Röntgenfilmaufnahrrie (Curix-ürthoST-C, Agfa mit den Folien Curix-ortho-medium oder Curix-orthofinc; Bucky-Tisch; Belichtungsautornatik) wurde zusätzlich im sagittalen oder frontalen Strahlengang in digitaler Tcchnik (Leuchtstoff-Speicherfolien ST 111. Fuji; Digiscaii 901, Sierneris AG) mit gleicher Röhrenspannung und Expositionsdosis geröntgt. Diirchschnittlich wurden eine. bei Mehrfachanforderungen pro Patient maximal zwei digitale Aufnahmen angefertigt. Die Patienten waren mit den zusätzlichen Röntgenaufnahmen im Hahmen einer klinischen Studie eiriverstandcn. Die technisch-physikalischen Grundlagen der DLR sind in der Literatur ausführlich beschrieben (1, 3, 4, 9, 13. 15, 18, 22. 23). Ncbcn den prograrrirnierten ..konventioriell angeglichenen" und ,.kantenbetontenU Standardausspielungen wurde aus dem digitalen Bilddatensatz einc Nachverarbeitung mit Rochtecklilterurig (RF) (o = 5. Gewichtungsfaktor k = 2.75) angefertigt. einschließlich einer Inversion der Grauwertpolarität (..black bone"). Zusätzlich berücksichtigt wurde eine selektive Faltung, bei der entlang der horizontalen und vertikalen Bildachsen mit zwei verschiedenen 0-Werten (o-horizontal [o-hl, o-vcrtikal 10-V]) gerechnet wird (ov = 5 mit oh = 0 und ov = 0 mit oh 5). Die Auswahl der Abbildungsmodi für die interaktive Bildnachverarbeitung errolgte in einer Vorstudie durch drei erfahrene Radiologen. Diesen wurden 5 ausgewählte Beispiele in jeweils 20 verschiedcnen Abbildungsmodi (o = 3 bis 50; k = 1 bis 8: Kontrast- und Helligkeitsoptimierung zur vergleichenden Beurteilung vorgelegt. Dabei haben sich die oben beschriebenen Bildparameter als @nstig für die Darstellung knöcherner Stmkturen herausgestellt. Die selektive Faltung wurde zur Betonung linearer Strukturen in der Thoraxdiagnostik entwickelt (16). Ihr Nutzen bei der Darstellung zarter Frakturlinien sollte überprüft werden. Die konventionelle Röntgenfilmaufnahme, die konventionell angeglichene und kantenbetonte DLR-Ausspielung sowie maximal drei Bildnachbenrbeitungen (RF o = 5, k = 2.75; RF o = 5. k = 2.75 invers „black bone"; ov += oh, a v 5 mit nh = 0 oder ov = 0 mit oh = 5) beurteilten sechs voncinander unabhängige Bctrachter (4 Radiologen. 2 Traumatologen: Gebietsärzte und Assistenten im 2. bis 4. Jahr der Weiterbildung). Diese vergaben in einem Fragebogen für dic Abbildungsgiite von Kompakta. Spongiosa. Weichteilstrukturen. Frakturen und Osteosynthesematerial Rangfolgen entsprechend der Anzahl von Abbildungsmodi (Rang 1 bis rnaximal 6). Da nicht jede zu beurteilende Aufnahmeserie alle Abbildungsmodi enthielt. ließ sich die Bildgüte anhand der Rang~ilTernstatistisch jeweils nur paarweise vergleichen. Rei den rangskalierten Daten wurdc die Signilikanz von Unterschieden mit dcm Vorzeichentest bei einem Signilikaiizniveau von p = 0.05 geprüft.

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R. -D. Miiller u n d Mitarb.

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Tab. 1 Hauflgkeit des 1 Ranges in % (Radiologenund Traumatologen) --

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Kompakta Spongiosa Weich- Fraktur Osteo System Kriterium teile synthese 1 12 1 29 ' 4 133 I59 Film Folie DLR, .konventionell' 3 1 8 12 10 DLR, kantenbetont 14 11 80 29 15 DLR, nachbearbeitet 12 12 23 11 17 DLR, invertiert 69 54 17 22 14 DLR, selektiv 1 1 1 21 - - 1 --

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Ergebnisse

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In d e r Cesamtauswertung werden die hochfrequenzgefilterten Bildnachverarbeitungen (0= 7, k = 2.75; a = 7 , k = 2.75, invers) für die Beurteilung von Kompakta und Spongiosa a m häufigsten mit d e m ersleri Rang belegt, während die digitalen ..Standardausspielungen" in d e r konventionell angeglichencn und karitenbetonten Auswertung keine diagnostischen Vorteile zeigen. Einen diagnostischen Gewinn bringt die kantenbetonte DLR-Ausspielung gegenüber allen geprüften Abbildungsmodi dagegen bei d e r Darstellung von Weichteilen. F ü r die Erfassung von Frakturen und Osteosynthesemalerial werden überwiegend konventionelle Film-Folien-Aufnahmen bevorzugt (Tab. 1). lm Einzelvergleich wird zunächst die konventionelle Film-Folien-Technik mit d e n für d e n klinischen Routinehetrieb relevanten sogenannten digitalen ,.Standardausspielungen" d e r Lumineszenzradiogramme verglichen. Dabei werden deutliche diagnostische Vorteile bei d e r konventionellen Film-Folien-Technik erkennbar. Kompakta, Spongiosa, Frakturen und die Beurteilung von Osteosynthesematerial sind mit dem Film-Folien-System signifikant besser möglich als mit d e r konventionell angeglichenen Standardausspielung, für die Beurteilung d e r Weichteile ergeben sich keine verwertbaren Unterschiede (Abb. 1 a). Die kantenbetonte Bildnachverarbeitung zeigt hinsichtlich d e r untersuchten Bilddetails etwas günstigere Ergebnisse, insbesondere a b e r eine signifikant bessere Darstellung d e r Weichteile ( p < 0,05) und zusätzlich geringe, a b e r nicht signifikante Vorteile bei d e r Beurteiliing d e r Kompakta fp > 0.05) (Abb. 1 b). Im direkten Vergleich von konventionell angeglichener und kantenbetonter Standardausspielung ist die frequenzgefilterte Rildverarbeitung hinsichtlich aller Beurteilungskriterien überlegen. Die Unterschiede sind mit Ausnahme d e r Darstellung von Osteosynthesematerial signifikant (Abb. 1 C). Erheblich günstigere Ergebnisse lassen sich mit dem digitalen Bildsystem bei Auswahl a n d e r e r Abbildungsmodi erzielen (Abb. 2 a-C U. 3 a-C). Eine in Vorversuchen getestete hochfrequente Fillerung (U = 7 . k = 2,751 ermöglicht eine bessere Darstellung von Kompakta, Spongiosa und Weichteilen, die bei d e r Weichteildiagnostik d e r Film-Folien-Kombination sogar signifikant überlegen ist (Abb. 2 a). Wird dieser Abbildungsmodus zusätzlich mit einer Inversion d e r Grauwertpolarität kombiniert, Iäßt sich neben den Vorteilen bei d e r Weichteildiagnostik auch eine signifikant bessere Abbildung von Kompakta und Spongiosa (p < 0,05) erzielen (Abb. 2 b). Keine diagnostischen Vorteile sind hingegen bei Frakturen und Osteosynthesematerial e r k e n n b a r (Abb. 2 a U. b).

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D~gituleLurriineszenzradiograph~e(DLR)zurSkelettdingnostik in der 72aumatologie -

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C

B

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A

DLR Sigma 7

1 3 DLR kanlenbelanl

DLR standaid

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U DLR invers 7

DLR sigma 7

U

DLR slandafd

fl

DLR invers 7

DLR kanlenbelont

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Abb. 1a

Röntgenfilm- DLR ,.konventionell angeglichen'.

Abb. 2 a

Abb. I b

Rontgenfilm- DLR.kantenbetontd.

Abb. 2 b Röntgenfilm -Hochfrequenzfilterung(a = 7. k = 2.75), inverse Grauwertpolaritat.

Abb. 1 C

DLR.konventionellangeglichen'-

Röntgenfilm-Hochfrequenzfilterung(0 = 7, k = 2,75).

DLR.kantenbetontU.

Abb. 1 Vergleich von jeweils zwei Abbildungssyslernen(p < 0,05).

Abb. 2 C DLR ..konventionellangeglichen"- Hochfrequenzfilterung(o = 7, k = 2,75). Abb. 2

Im direkten Vergleich der beiden gebräuchlichen ..Standardausspielungen" mit den von uns zusätzlich getesteten Bildverarbeitungsmodi werden signifikante diagnostische Vorteile bei der Abbildung von Kompakta und Spongiosa für die zusätzlich eingesetzten Hochfrequenzfilterungen erkennbar (Abb. 2 C U . 3 a-C). Besonders deutlich wird die Unterlegenheit der konventionell angeglichenen Bildverarbeitung (Abb. 2 C U. 3 a). Nicht weiter optimieren Iäßt sich dagegen die in der „kantenbetonten" Bildverarbeitung erzielte Abbildungsgüte der Weichteile (Abb. 3 b U.C). Bei den von uns zusätzlich iintersuchten Abbildiingsmodi 15ßt sich kein diagnostischer Gewinn fiir die Beurteilung von Frakturen und Osteosyrilhesematerial erzielen (Abb. 2 c U. 3 a-C). Diskussion

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