Konzeption und Entwicklung einer prototypischen Software-Applikation zur Unterstützung der Qualitätssicherung von patientenbezogener Strahlenbelastung bei digitalen Röntgenaufnahmen

Abstract

Die Durchführung von digitalen Röntgenuntersuchungen in medizinischen Einrichtungen gehört seit Jahren zur alltäglichen Praxis, um aufgrund einer medizinischen Indikation eine Diagnose stellen zu können. Unabhängig von der Höhe der Strahlenbelastung werden dabei Zellveränderungen provoziert und das Krebsrisiko erhöht. Hinsichtlich dieser Gegebenheit ist es unerlässlich, der Reduktion von individueller Strahlendosis zum Schutz der Patienten höchste Priorität zuzuordnen. Die Literaturrecherche hat jedoch aufgezeigt, dass in keiner aktuell gültigen österreichischen Rechtsordnung die patientenbezogene Strahlenbelastung bei digitalen Röntgenaufnahmen überprüft wird. Die medizinische Strahlenschutzverordnung verweist auf diagnostische Referenz- werte, welche lediglich im Mittel zu betrachten sind. Potentielle Überdosierungen bleiben somit unbemerkt. Hinsichtlich der Ergebnisse der Literaturrecherche hat sich die vorliegende Arbeit zum Ziel gesetzt, die Qualitätssicherung der patientenbezogenen Strahlenbelastung näher zu betrachten und diese mit Hilfe einer Software-basierten Lösung zu optimieren. Im Zuge dessen wurden bestehende Software-Lösungen, welche für die Auswertung von DICOM Metadaten verwendet wer- den, analysiert. Aufgrund der Nichterfüllung der definierten initialen Anforderungen an eine Software-Applikation dieser Art wurde ein Prototyp im Zuge eines iterativen User Centered Design-Verfahrens erstellt. Dieser Entwicklungsprozess wurde von zehn Experten aus diversen Fachbereichen geprägt und begleitet. Die durch den Einsatz der prototypischen Software-Applikation erhaltenen Ergebnisse, welche auf Basis von 6285 zur Verfügung gestellten DICOM Röntgendatensätze eines österreichischen Universitätsklinikums evaluiert wurden, zeigen eine Einhaltung der rechtlich vorgegebenen mittleren Strahlenbelastung. Werden die gesetzlichen Referenzwerte als individuelle Grenzwerte angesehen, zeigen 445 (7%) der analysierten Untersuchungen eine überhöhte Strahlendosis. Mit Hilfe des entwickelten Prototyps wurden Röntgenaufnahmen mit Überdosierungen festgestellt, bei welchen die Patienten das bis zu Fünffache der Durchschnittsdosis erhalten haben. Vorkommnisse wie diese müssen innerklinisch zur Diskussion gestellt werden, um die Ursachen zu finden und eine Wiederholung zu vermeiden. Die Evaluierung zeigt, dass eine Analyse der individuellen Strahlenbelastung eine geeignete software-basierende Lösung fordert und die derzeit geltenden Rechtsvorschriften aufgrund des technischen Fortschrittes angepasst werden sollten.

The execution of digital radiographic examinations in medical facilities has been part of everyday practice for years to be able to diagnose a medical indication. Irrespective of the level of radiation exposure, cell changes are provoked and cancer risk is increased. Regarding this fact, it is essential to assign the highest priority to the reduction of individual radiation doses for the protection of patients. However, a literature research has shown that the patient-related radiation exposure in digital x-ray images is not audited in any currently valid Austrian legal principle. The ordinance of Medical Radiation Protection refers to diagnostic reference values which are to be considered only on average. Potential overdosings thus remain unintentional. Concerning to the results of the research on literature, the aim of this scientific work was to improve the quality assurance of patient-related radiation exposure and to optimize this with the aid of a software-based solution. In the course of this, existing software solutions, which are used for the evaluation of DICOM metadata, were analyzed. Due to the lack of the defined initial requirements for a software application of this type, a prototype was created in the course of an iterative User Centered Design procedure. This development process was characterized and supported by ten experts from various fields. The results obtained by the use of the prototypical software application, which were evaluated on the basis of 6285 DICOM x-ray data sets from an Austrian university, show compliance with the legally prescribed mean values for radiation exposure. If the statutory reference values are regarded as individual limits, 445 (7%) of the analyzed data sets show an excessive radiation dose. With the help of the developed prototype, radiographs with overdosage were recorded, in which the patients received up to five times the average dose. Occurrences such as these have to be discussed within the clinic in order to find the causes and to avoid repetition. The evaluation shows that an analysis of the individual radiation exposure calls for a suitable software-based solution and that the current legislation should be adapted on the basis of the technical progress.