Conversion factors for determining organ doses received by paediatric patients in high-resolution single slice computed tomography with narrow collimation

Estimations of organ doses DT received during computed tomographic examinations are usually performed by applying conversion factors to basic dose indicators like the computed tomography dose index (CTDI) or the dose-length-product (DLP). In addition to the existing conversion factors for beam apertures of 5 mm or 10 mm, we present new DLP-DT conversion factors adapted to high-resolution CT (HRCT) examinations of infants and young children with beam apertures of the order of 1 mm and under consideration of bow tie filtration. Calculations are performed on mathematical MIRD phantoms for an age range from 0, 1, 5, 10, 15 up to (for comparison) 30 years by adapting PCXMC, a Monte Carlo algorithm originally developed by STUK (Helsinki, Finland) for dose reconstructions in projection radiography. For this purpose, each single slice CT examination is approximated by a series of corresponding virtual planar radiographies comprising all focus positions. The transformation of CT exposure parameters into exposure parameters of the series of corresponding planar radiographies is performed by a specially developed algorithm called XCT. The DLP values are evaluated using the EGSRay code. The new method is verified at a beam aperture of 10 mm by comparison with formerly published conversion factors. We show that the higher spatial resolution leads to an enhanced DLP-DT conversion factor if a small organ (e. g. thyroid gland, mammae, uterus, ovaries, testes) is exactly met by the chosen CT slice, while the conversion factor is drastically reduced if the chosen CT slice is positioned above or below the organ. This effect is utilized for dose-saving examinations with only a few single slices instead a full scan, which technique is applied in about 10% of all paediatric chest CT examinations.

ZusammenfassungDie Abschätzung der vom Patienten im Rahmen computertomographischer Untersuchungen in einzelnen Organen aufgenommenen Strahlendosen (DT) erfolgt üblicherweise durch die Anwendung von Konversionsfaktoren, wobei der Computertomographie-Dosis-Index (CTDI) oder das Dosis-Längen-Produkt (DLP) als Ausgangsdosisgrößen dienen. In dieser Arbeit werden zusätzlich zu den bereits für Schichtkollimationen von 5 mm und 10 mm existierenden Konversionsfaktoren neue DLP-DT-Konversionsfaktoren unter Zugrundelegung einer Schichtkollimation von 1 mm und unter Berücksichtigung der Fächerstrahlfilterung für hochauflösende CT-Untersuchungen (HRCT) von Säuglingen und Kleinkindern bestimmt. Die Berechnung der Organdosen DT wurde an mathematischen MIRD-Phantomen der Altersstufen 0, 1, 5, 10, 15 und (zum Vergleich) 30 Jahre durch Adaptation des von der finnischen Strahlenschutzbehörde STUK (Helsinki, Finnland) ursprünglich für Dosisrekonstruktionen in der konventionellen Projektionsradiographie entwickelten Monte-Carlo-Algorithmus PCXMC an die in der Computertomographie herrschenden Expositionsbedingungen durchgeführt. Jede CT-Einzelschichtuntersuchung wurde dabei durch eine Serie entsprechender, sämtliche Fokuspositionen erfassender planarer Radiographien approximiert. Zur Transformation der CT-Expositionsparameter in die Expositionsparameter einer entsprechenden Serie planarer Radiographien wurde der XCT-Algorithmus entwickelt. Die DLP-Werte wurden mit dem EGSRay-Algorithmus ermittelt. Zur Verifikation der neuen Methodik dient ein Vergleich der für eine Schichtkollimation von 10 mm ermittelten Konversionsfaktoren mit Literaturwerten. Es wird gezeigt, dass die höhere Ortsauflösung bei einem kleinen Organ (z. B. Schilddrüse, Brustdrüsen, Uterus, Ovarien, Testes) zu einem erhöhten DLP-DT-Konversionsfaktor führt, falls die gewählte CT-Schicht genau dieses Organ erfasst, dass der Konversionsfaktor jedoch drastisch erniedrigt ist, wenn die gewählte CT-Schicht oberhalb oder unterhalb des Organs angeordnet wird. Dieser Effekt wirkt sich vor allem bei der dosissparenden Untersuchungstechnik der bei etwa 10% aller pädiatrischen CT-Thorax-Untersuchungen angewandten hochauflösenden Einzelschicht-CT aus, bei welcher nur wenige dünne Einzelschichten mit vergleichsweise hohem Schichtabstand angefertigt werden.