Einfluss der Kontrastmittelgabe auf die Messung der Knochendichte mittels quantitativer Computertomographie im Bereich der Wirbelsäule und des proximalen Femurs
Influence of contrast agent administration on the measurement of bone mineral density using quantitative computed tomography in spine and proximal femur
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-02-04
Date of issue:2025-01-28
Advisor:Prof. Dr. Lukas Weiser
Referee:Prof. Dr. Lukas Weiser
Referee:Prof. Dr. Johannes Kowallick
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Format:PDF
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Abstract
English
Purpose: Computed tomography (CT) images taken in clinical routine are often obtained under the administration of a contrast agent (CA). These images provide a considerable amount of currently unused diagnostic information. The aim of this study was to investigate whether these images can also be used for bone mineral density (BMD) measurement. Measurements of the native images previously used for this purpose were compared with the results of the contrast-enhanced images. The measurements were performed for the spine and the proximal femur. Material and methods: A total of 130 patients were examined, 60 had only spinal images, 3 had images of the proximal femur and 67 had both spinal images and images of the proximal femur. Only patients who received both CT imaging with and without CA at a maximum interval of 6 months were included. Quantitative computed tomography (QCT) measurements were performed using CliniQCT (Mindways Inc. TX, USA). Monthly asynchronous calibrations of all CT scanners at the University Medical Center Göttingen were performed for accurate QCT measurement. Additional parameters such as age, gender, height, weight and amount of KM applied were recorded. Results: There were significant correlations between the measurements with and without CA at both the spine and the proximal femur. The BMD measurements differed significantly for both locations. The influence of the BMD on the measurement differences in both locations differed (19.4 mg/cm3 for the spine vs. 5.4 mg/cm3 for the proximal femur). Conversion equations could be derived for both locations. The parameter BMI showed a negative correlation, whereby a higher BMI resulted in a lower influence of the CA on the BMD-measurement. Conclusion: The BMD measurements natively and with CA differ significantly. There is a different effect of the CA on both localizations. Smaller mean differences were found between the contrast-enhanced and native results in the proximal femur compared to the spine. The BMD measurements based on CA should therefore not be used directly, but can be converted using a localization-specific conversion equation. Therefore CA-based images can also contribute to the improvement of osteoporosis diagnostics and treatment as well as the planning of spinal surgery, even in emergency situations.
Keywords: BMD; QCT; osteoporosis; contrast agent; spine; proximal femur
German
Ziel: In der Routine erstellte Computertomographie (CT) -Aufnahmen erfolgen häufig unter Gabe eines Kontrastmittels (KM). Sie beinhalten viele bislang ungenutzte diagnostische Informationen. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob man Aufnahmen, welche in der Routine häufig unter einer KM-Gabe erfolgen, ebenfalls für die Bone mineral density (BMD)-Messung verwenden kann. Messungen der bislang hierfür verwendeten nativen Aufnahmen sollten dabei mit den Ergebnissen der KM-Aufnahmen verglichen werden. Der Vergleich wurde für die Wirbelsäule und das proximale Femur durchgeführt. Material und Methoden: Untersucht wurden insgesamt 130 Patienten, 60 hiervon mit ausschließlich Wirbelsäulenaufnahmen, 3 mit Aufnahmen des proximalen Femurs sowie 67 mit sowohl Wirbelsäulenaufnahmen als auch Aufnahmen des proximalen Femurs. Es wurden lediglich Patienten mit einbezogen, welche in einem maximalen Abstand von 6 Monaten sowohl eine CT-Bildgebung mit und ohne KM erhielten. Die Messungen wurden mittels der Software CliniQCT (Mindways Inc. TX, USA) an den KM-gestützten und den nativen Aufnahmen durchgeführt. Es wurden monatliche asynchrone Kalibrierungen aller CT-Geräte der Universitätsmedizin Göttingen für die QCT-Messung durchgeführt. Zusätzliche Parameter wie Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und applizierte KM-Menge wurden erhoben. Ergebnisse: Es zeigten sich signifikante Korrelationen zwischen den Messungen mit und ohne KM an der Wirbelsäule und am proximalen Femur. Die BMD-Messungen unterschieden sich signifikant jeweils für beide Lokalisationen. Es zeigte sich ein unterschiedlich großer Einfluss des KMs auf die Messunterschiede in beiden Lokalisationen (19,4 mg/cm3 für die Wirbelsäule vs. 5,4 mg/cm3 für das proximale Femur). Es konnten für beide Lokalisationen Umrechnungsformeln formuliert werden. Der zusätzlich erhobene Parameter BMI zeigte eine negative Korrelation. Schlussfolgerung: Die BMD-Messwerte nativ und mit KM unterscheiden sich signifikant. Es zeigt sich ein unterschiedlich großer Effekt des KMs auf beide Lokalisationen. Messwerte des proximalen Femurs weisen geringere mittlere Differenzen zwischen den Messwerten KM und nativ auf als an der Wirbelsäule. Die KM-gestützten BMD-Messwerte sollten daher nicht direkt verwendet, sondern mittels einer Lokalisations-spezifischen Umrechnungsformel in die nativen Werte überführt werden. Somit können auch KM-gestützte Aufnahmen zu der Verbesserung der Osteoporose-Diagnostik und -Therapie sowie der Planung von Wirbelsäulen-Operationen auch in Notfallsituationen beitragen.
Schlagwörter: Osteoporose; Knochendichtemessung; Kontrastmittel; Quantitative Computertomographie; Wirbelsäule; proximales Femur