Der Einfluss patientenspezifischer Faktoren auf den Expositionsindex

In der diagnostischen digitalen Radiologie ist der Expositionsindex (EI) ein entscheidender Parameter, da er das Gleichgewicht zwischen abgegebener Strahlung und der erzielten Bildqualität wiedergibt. Der EI ist kein direktes Maß der Patientendosis, hilft aber, eine adäquat hohe Bildqualität bei einer möglichst geringen Strahlendosis zu gewährleisten. Jedoch beeinflussen zahlreiche Faktoren den EI. Zu diesen Faktoren zählen auch patientenspezifische Variablen wie der Body-Mass-Index (BMI), das Alter und Geschlecht sowie das Vorhandensein von Implantaten und Prothesen.¹

Hoher Body Mass Index: Anpassungen der Belichtungsparameter

In den meisten Fällen benötigen Personen mit einem höheren BMI eine höhere Strahlendosis. Insbesondere wenn der Anteil an Fettgewebe sehr hoch ist, kann die Abschwächung des Röntgenstrahls zu einem erhöhte Rauschen und Bewegungsartefakten aufgrund längerer Belichtungszeiten führen.² In der Regel benötigen übergewichtige oder adipöse Personen daher höhere Kilovolt-Peak (kVp)- und Milliampere-Sekunden (mAs)-Einstellungen, was insgesamt den EI erhöht, aber auch zu einer höheren Strahlenbelastung für den Patienten führt.³ Besonders gilt das für Körperregionen mit höhere Gewebsdichte wie Bauch oder Becken.

Das belegt auch die Studienlage: Eine aktuelle Studie an 805 Patienten (Röntgenuntersuchung der Brust) zeigte klar, dass der EI, definiert als die Menge der am Bildrezeptor eingehenden Röntgenphotonen, typischerweise bei steigendem BMI abnimmt, da die Strahlen durch das dickere Gewebe stärker absorbiert bzw. gestreut werden.⁴ Um dies zu kompensieren, müssen die entsprechenden Belichtungsparameter angepasst werden.

Entsprechend demonstrierten weitere Studien, dass bei digitalen Röntgenuntersuchungen von Brust, Bauch, Lendenwirbelsäule, Nieren, Harnblase und Becken die für das Erreichen einer optimalen Bildqualität eingesetzten Strahlendosen bei übergewichtigen und adipösen Personen signifikant höher waren als bei normalgewichtigen Personen.⁵ Zu gleichen Ergebnissen kam eine weitere Studie aus 2022 für Röntgenuntersuchungen von Brustkorb, Lendenwirbelsäule oder Becken, nicht aber für Knie- und Schulteraufnahmen.⁶ Der Einfluss des BMI auf den EI erfordert also eine Anpassung der radiografischen Parameter, um trotz der Unterschiede in Körperbau und -zusammensetzung eine optimale Bildqualität zu erzielen.

Alter und Geschlecht: Einfluss von Körperzusammensetzung und Gewebsdichte

Auch Alter und Geschlecht beeinflussen den EI, vermutlich jedoch auf eine eher indirekte Weise. Denn eine altersbedingte Abnahme der Knochendichte und andere Veränderungen der Gewebszusammensetzung sowie geschlechtsspezifische Unterschiede in der Verteilung von Fett- und Muskelmasse beeinflussen das Absorptionsverhalten des Körpers.¹ So fand eine Studie aus 2023 für Röntgenuntersuchungen des Brustkorbs mit zunehmenden Alter der Patienten eine tendenzielle Abnahme der EI-Werte, wobei diese negative Korrelation zwischen Alter und EI nur schwach ausgeprägt war.⁷ Zu beachten ist hierbei jedoch die im Alter erhöhte Strahlensensitivität,⁸ sodass die Bedeutung des Alters für die Ermittlung geeigneter Expositionsparameter insgesamt noch unklar ist.

Ebenso ist der Einfluss geschlechtsspezifischer Unterschiede auf den EI noch nicht abschließend geklärt. So fand eine Studie keinen signifikanten geschlechtsspezifischen Unterschied im EI für Thorax-Röntgenuntersuchungen,⁷ wohingegen andere Studien für die gleiche Untersuchung bei Frauen signifikant höhere mediane EI-Werte als bei männlichen Patienten feststellten.^{4, 9} Umgekehrt zeigten männliche Patienten bei Untersuchungen des Abdomens signifikant höhere EI-Werte als weibliche Patientinnen.⁹ Sicherlich können solche unterschiedlichen Befunde auch in der zugrundeliegenden Röntgentechnik begründet sein, doch unterstreichen diese EI-Schwankungen die Notwendigkeit weiterer Forschungsbemühungen, um den direkten Einfluss unterschiedlicher Körperzusammensetzungen und Gewebsdichten auf den EI besser verstehen zu können.

Prothesen und Implantate: Reduktion des Expositionsindex

Die Anwesenheit von Prothesen oder Implantaten im Untersuchungsbereich kann den EI-Wert signifikant reduzieren.⁹ Reduzierte EI-Werte könnten dabei aus einer Beeinflussung der automatischen EI-Prozessierung resultieren, da die veränderte Strahlenabsorption aufgrund des hochdichten Prothesen- oder Implantatmaterials die automatische anatomische Segmentierung stören und zu geringeren Pixel-Werten führen kann.⁹ Implantate und Prothesen bestehen typischerweise aus Materialien mit hoher Dichte, wie etwa Titan, Kobalt-Chrom-Legierungen oder Edelstahl, die Röntgenstrahlung wesentlich stärker als Weichgewebe oder Knochen absorbieren. Die starke Absorption reduziert die Strahlung, die den Detektor erreicht, was den EI direkt beeinflusst.

Fazit

Die patientenspezifischen Faktoren, die in der digitalen Radiografie den EI beeinflussen, sind also relativ komplex, aber entscheidend für die Optimierung der Bildqualität bei gleichzeitiger Minimierung der Strahlenexposition entsprechend des ALARA-Prinzips (as low as reasonably achievable). Zwar bietet der große Dynamikbereich digitaler Röntgensysteme eine gewisse Toleranz hinsichtlich der Expositionsvariationen, dennoch bleibt die patientenspezifische Anpassung der Untersuchungsparameter unerlässlich.

Quellen

¹Soulis PI, et al. Advancing Exposure Index in Radiology for Optimized Imaging, Accuracy, and Future Innovations. Cureus 2025,17, e80819.

²Uppot RN. Technical challenges of imaging & image-guided interventions in obese patients. Br J Radiol 2018,91, 20170931.

³Yanch JC, et al. Increased radiation dose to overweight and obese patients from radiographic examinations. Radiology 2009,252, 128-39.

⁴Soulis P, et al. "Exposing" the exposure index: Navigating between image quality and radiation dose. J Med Imaging Radiat Sci 2024,55, 101766.

⁵Metaxas VI, et al. Patient dose in diigital radiography utilising BMI classification. Radiat Prot Dosimetry 2019,184, 155-67.

⁶Dolenc L, et al. The impact of body mass index on patient radiation dose in general radiography. J Radiol Prot 2022,42, 041505.

⁷Poudel SS, et al. Evaluation of Exposure Indices on PA Chest X-Ray in Direct Digital Radiography. J Radiol Med Imaging 2023,6, 1092.

⁸Hernández L, et al. Aging and radiation: bad companions. Aging Cell 2015,14, 153-61.

⁹Mothiram U, et al. Retrospective evaluation of exposure index (EI) values from plain radiographs reveals important considerations for quality improvement. J Med Radiat Sci 2013,60, 115-22.