Eberhard Kuon

The median dose area products (DAP) and effective doses (ED) of patients arising from coronary angiography (CA) are considerable: According the 2013 National German Registry, they amount to 19.8 Gy × cm² and 4.0 mSv, respectively. We investigated the feasibility of prospective electrocardiogram (ECG)-gated coronary angiography (CA)—a novel technique in invasive cardiology—with respect to possible reduction in irradiation effects. Instead of universally fix-rated radiographic acquisition within 7.5–15 frames/s, one single frame/heartbeat was triggered toward the diastolic moment immediately before atrial contraction (77 % of ECG-RR interval) most likely to provide motion-free and hence optimized resolution of the coronary tree. For 200 patients (body mass index 27.8 kg/m², age 67.5 years, male 55 %, 68 bpm) undergoing ECG-gated CA, we measured various median (interquartile range) parameters for radiation exposure. The total DAP was 0.64 (0.46–1.00), radiographic fraction was 0.30 (0.19–0.43), and fluoroscopic fraction was 0.35 (0.21–0.57) Gy × cm². Radiographic imaging occurred within 21.7 s (17.1–26.3), with 25 frames (20–30) over the course of 7 runs (6–8). Fluoroscopy time was 119 s (94–141). Radiographic DAP was 12.6 mGy × cm²/frame and 13.8 mGy × cm²/s. Fluoroscopic DAP was 0.8 mGy × cm²/pulse and 3.1 mGy × cm²/s. Patient reference point air kerma was 17.0 mGy (11.1–28.1) and contrast volume was 70 ml (60–85). In conclusion, invasive ECG-gated coronary imaging is feasible in clinical routine and enables patient EDs of approx. 3 % of typical values in invasive cardiology: 0.13 mSv (0.09–0.20). Die medianen Dosisflächenprodukte und effective Dosen (ED) von Patienten infolge einer Koronarangiographie sind beträchtlich und betragen – entsprechend dem Nationalen Deutschen Bundesregister 2013 – 19,8 Gy × cm² bzw. 4,0 mSv. Wir untersuchten die Brauchbarkeit der prospektiv EKG-getriggerten Koronarangiographie – einer neuen Technik in der invasiven Kardiologie – hinsichtlich einer Reduktion der Patientenstrahlenexposition. Statt einer derzeit üblichen Bildakquisitionsrate von 7,5–15/s wurde eine Bildaufnahme/Herzaktion auf den diastolischen Moment (77 % eines EKG-RR-Intervalls) unmittelbar vor Vorhofkontraktion getriggert, welcher am wahrscheinlichsten eine bewegungsfreie und damit konturoptimierte Auflösung des Koronarbaums gewährleistet. Bei 200 Patienten (männlich: 55 %, Medianwerte für Körpermassenindex, Alter und Herzfrequenz: 27,8 kg/m²; 67,5 Jahre bzw. 68/min) ermittelten wir folgende Medianwerte (interquartiler Bereich) verschiedenster Parameter einer EKG-getriggerten Koronarangiographie. Das Gesamt-Dosisflächenprodukt betrug 0,64 (0,46–1,00), radiographischer und fluoroskopischer Anteil 0,30 (0,19–0,43) bzw. 0,35 (0,21–0,57) Gy × cm². Die radiographische Dokumentation erfolgte durch 25 (20–30) Bilder im Verlauf von 7 (6–8) Serien innerhalb von 21,7 s (17,1–26,3 s). Die Durchleuchtungszeit betrug 119 s (94–141 s). Das Dosisflächenprodukt betrug unter Radiographie 12,6 mGy × cm²/Bild und 13,8 mGy × cm²/s, unter Durchleuchtung hingegen 0,8 mGy × cm²/Puls und 3,1 mGy × cm²/s. Das kumulative Patienten-Kerma am Referenzpunkt (in Luft) betrug 17,0 (11,1–28,1) mGy und die Kontrastmittelmenge 70 (60–85) ml. Die invasive EKG-getriggerte Koronarbildgebung erlaubt somit eine vielversprechende Durchführbarkeit in klinischer Routine bei effektiven Patientendosen von 0,13 (0,09–0,20) mSv und damit nur etwa 3 % der in der invasiven Kardiologie üblichen Werte.

Zusammenfassung Hintergrund Das Patientenstrahlenrisiko in der invasiven Kardiologie ist nicht unerheblich, bis hin zu Hautschäden und Malignomen. Submillisievert-Koronarangiographie (KA) erscheint bislang nicht realisierbar. Patienten und Methoden Wir verglichen Dosiswerte von 100 konsekutiven Patienten, die 2011 an einem neu installierten modernen Flachbilddetektor-System (FDS) koronarangiographiert wurden, mit106 KA desselben Untersuchers des Jahres 2002 an einer damals ebenfalls neuen Anlage mit konventioneller Bildverstärkeraufnahmetechnik (BVA). Ergebnisse Dokumentiert wurden die Medianwerte für Dosis-Flächen-Produkt (DFP), des radiographischen (DFP^R) und fluoroskopischen (DFP^F) Anteils, die Anzahl radiographischer Bilder und Serien sowie die kumulativen Radiographie- und Durchleuchtungszeiten. Gegenüber der BVA konnte an dem FDS die radiographische Detektoreingangsdosis/Bild von 164 auf 80 nGy, die mediane radiographische Bildrate von 12,5 auf 7,5/s und die fluoroskopische Pulsrate von 25 auf 4/s reduziert werden. Die Arbeitstechnik des Interventionalisten im Zeitverlauf blieb vergleichbar: Die Durchleuchtungszeit war identisch, die radiographische Akquisitionszeit stieg sogar leicht an. Das Patienten-DFP sank von 7,0 auf 2,4 Gy × cm², das DAP^R von 4,2 auf 1,7 Gy × cm² und das DAP^F von 2,8 auf 0,6 Gy × cm². Die medianen radiographischen und fluoroskopischen Dosisintensitäten sanken von 436 auf 130 mGy × cm²/s bzw. von 21,6 auf 4,4 mGy × cm²/s. Die kumulative Patientenhautdosis betrug am FDS 67 mGy, die mediane (25.–75. Perzentil) effektive Dosis 0,5 (0,3–0,7) mSv. Schlussfolgerung Die konsequente Umsetzung strahlenschonender Arbeitstechniken an einem FDS neuester Generation ermöglicht somit im klinischen Alltag diagnostische KA im Submillisievert-Bereich.

This article focuses on the “as low as reasonably achievable” (ALARA) principle in invasive cardiology from the viewpoint of an experienced cardiologist, analysing the ranking and interdependency of those factors which influence patient radiation exposure—adequate length and number of radiographic runs, consistent collimation, adequate instead of best possible image quality, and basic knowledge about less irradiating angulations. Training in techniques to reduce radiation exposure enables patient doses to be achieved that are far below those used in non-invasive coronary imaging such as multislice computed tomography (MSCT). In addition, improved lead shielding is effective in maintaining operator radiation exposure below 1% of typical levels in advanced catheterisation laboratories. Traditional radiological convictions, misinterpreted and misleading since the early times of fluoroscopy guided cardiac interventions, will be disclosed and discussed.

The International Commission on Radiological Protection points out that, unfortunately, “Many interventionists are not aware of the potential for injury from procedures, their occurrence, or the simple methods for decreasing their incidence utilising dose control strategies”.² Recently in clinical routine and with no negative diagnostic implications, effective dose reduction techniques enabled mean patient DAPs of 4.2 (1.6) and 6.7 (5.2) Gy × cm² for elective coronary angiography and one vessel PCI, respectively.^{1, 3}

Ein 61-jähriger Mann mit atypischen retrosternalen Beschwerden wurde trotz unauffälliger Befunde während Belastungsergometrie und Echokardiographie zur elektiven koronaren Kontrollangiographie eingewiesen, da 4 Jahre zuvor eine 50 %ige, damals asymptomatische Rechtskoronarstenose invasiv-diagnostisch gesichert worden war. Der Untersucher (der auf eine Erfahrung von insgesamt 7000 Koronarangiographien und 3000 Koronarangioplastien zurückblickt) war erstmals nicht in der Lage, den linken Ventrikel eines Patienten zu intubieren, dessen invasive Abklärung einige Jahre zuvor keine Schwierigkeiten bereitet hatte. Die Darstellung der linken Herzkranzarterie gelang ohne Schwierigkeiten, jedoch auch die Intubation der rechten Herzkranzarterie schlug fehl. Die Übersichtsaortographie (Abb. [ 1 ] a) zeigte eine scharfe Unterbrechung der lateralen Aortenkontur und eine feine intraluminale Linie, verdächtig auf eine Dissektionsmembran. Die EKG-getriggerte Mehrzeilen-Computertomographie (Sensation 16, Siemens Medical Solutions, Forchheim; Abb. [ 1 ] b) bestätigte eindeutig eine Dissektionsmembran der Aorta ascendens und zeigte eine relevante Stenose der rechten Herzkranzarterie (RCA). Sie entsprang unmittelbar unterhalb der Dissektion, deren durchhängende Membran den selektiven invasiven Zugang zum Rechtskoronarostium verhindert hatte (Pfeil). Intraoperativ fanden sich ein umschriebener seröser Perikarderguss, ältere Zeichen adventitieller Einblutung und eine narbige Veränderungen des hochbasalen rechten Vorhofs. Die Dissektion erstreckte sich bis zum Truncus brachiocephalicus. Histopathologisch wurde eine myxoide Degeneration der aortalen Media mit Nekroseanteilen gesichert. Die Therapie bestand im Aortenersatz durch ein klappentragendes Konduit mit Reimplantation der Herzkranzarterien und Anlage eines Single-Venen-Bybasses zur rechten Herzkranzarterie. Abb. 1 Darstellung einer Dissektionsmembran der Aorta ascendens durch Aortographie (oben) und EKG-getriggerte Mehrzeilen-Computertomographie (unten; s. Markierungen). Die rechte Herzkranzarterie entspringt unmittelbar unter der Dissektionsmembran (Pfeil). Fazit: Misslingt in Abwesenheit einer Aortenstenose die Intubation des linken Ventrikels, sollte der Untersucher die Möglichkeit einer akuten [ 1 ] [ 3 ] und - wie in dieser Kasuistik beschrieben - einer chronischen Aortendissektion in Erwägung ziehen, früh eine Aortographie durchführen und eine Mehrschicht-Computertomographie (MSCT) initiieren [ 2 ]. Da eine iatrogene katheterinduzierte Aortendissektion in diesem Stadium der Entscheidungsfindung nicht ausgeschlossen werden kann, sollte eine korrekte intraaortale Katheterlage durch aortale Druckkurvenableitung und Vorinjektion einer geringen Menge Kontrastmittels angestrebt werden.

Ziel: Bewertung optimierter Durchleuchtungszeit hinsichtlich der Patientenexposition von Koronarangiographie (CA) und -angioplastie (PTCA) im Vergleich zu konsequenter Einblendung, Optimierung der radiographischen Bilderanzahl und hinreichender statt bestmöglicher Bildqualität. Material und Methoden: Für insgesamt 3115 elektive CA und 1713 PTCA wurden während ausgewählter 2-Monats-Zeiträume Gesamt-Dosisflächenprodukt (DFP), radiographischer (DFP^R) und fluoroskopischer Anteil (DFP^F), radiographische Bilderanzahl und Durchleuchtungszeit analysiert, darüber hinaus DFP^R/Bild und DFP^F/Sek.: Letztere sind im Falle konstanter Bildverstärkereingangsdosis valide Parameter der Einblendungsbemühungen des Untersuchers. Ergebnisse: Das mittlere DFP von CA und PTCA betrug 1997 37,1 bzw. 31,6 Gy × cm². Eine Optimierung der mittleren Durchleuchtungszeit einer Koronarangiographie von 264 auf 126 Sek. und einer PTCA von 630 auf 449 Sek. reduzierte die Gesamtdosis um jeweils nur 20 %. Eine Optimierung der mittleren radiographischen Bilderanzahl von 543 auf 98 (CA) und von 245 auf 142 (PTCA) reduzierte das DFP um 53 bzw. 13 %. Die Beschränkung auf eine nachweislich hinreichende Bildqualität optimierte das koronarangiographische DFP^R von 30,2 auf 13,3 mGy × cm²/Bild und das Gesamt-DFP um 45 %. Das strahlenhygienische Potenzial konsequenter Einblendung hingegen betrug 46 % (CA) und 65 % (PTCA). Schlussfolgerungen: Strahlenhygienische Schulungsprogramme in der invasiven Kardiologie sollten entgegen verbreiteter Ansichten ihren Schwerpunkt weniger auf eine Optimierung der Durchleuchtungszeit, sondern mehr auf konsequente Einblendung, Reduktion der radiographischen Bilderanzahl und hinreichende Bildqualität legen. Purpose: To analyze the effects of an optimized fluoroscopy time on patient radiation exposure in the course of coronary angiography (CA) and percutaneous coronary interventions (PTCA), in comparison to those with consistent collimation to the region of interest (ROI). Furthermore, to analyze efforts concerning reduction of radiographic frames as well as concerning adequate instead of best possible image quality. Material and Methods: For 3,115 elective CAs and 1,713 PTCA performed by one interventionist since 1997, we documented the radiographic dose-area products (DAP^R) and fluoroscopic dose-area products (DAP^F), the number of radiographic frames and the fluoroscopy times during selected 2-month intervals. Under conditions of constant image intensifier entrance dose, levels of DAP^R/frame and DAP^F/s represent valid parameters for consistent collimation. Results: In 1997, the mean baseline values of DAP for elective CA and PTCA amounted to 37.1 and 31.6 Gy × cm², respectively. A reduction of mean fluoroscopy times from 264 to 126 seconds for CA and from 630 to 449 seconds for PCI, both resulted in an overall DAP-reduction of merely 20 %. Optimization of mean radiographic frames from 543 to 98 for CA and from 245 to 142 for PTCA enabled reductions of 53 and 13 %, respectively. By restriction to adequate instead of best-possible image quality for coronary angiography in clinical routine, we achieved an optimized radiographic DAP/frame of 30.3 to 13.3 mGy × cm², which enabled a 45 % reduction of overall DAP. Most efficient however was a consistent collimation to the ROI, which resulted in a remarkable radiation reduction by 46 % for CA and by 65 % for PTCA. Conclusions: Radiation-reducing educational efforts in the clinical routine of invasive cardiology should - against widely held opinion - focus less exclusively toward a reduction of fluoroscopy time but more efficiently toward consistent collimation to the region of interest, reduction of radiographic frames and restriction to an adequate instead of best-possible image quality.