Cone-beam computed tomography is a powerful tool for 3D imaging of the appendicular skeleton, facilitating detailed visualization of bone microarchitecture. This study evaluated various combinations of acquisition and reconstruction parameters for the cone-beam CT mode of a twin robotic x-ray system in cadaveric wrist and elbow scans, aiming to define the best possible trade-off between image quality and radiation dose. Images were acquired with different combinations of tube voltage and tube current–time product, resulting in five scan protocols with varying volume CT dose indices: full-dose (FD; 17.4 mGy), low-dose (LD; 4.5 mGy), ultra-low-dose (ULD; 1.15 mGy), modulated low-dose (mLD; 0.6 mGy) and modulated ultra-low-dose (mULD; 0.29 mGy). Each set of projection data was reconstructed with three convolution kernels (very sharp [Ur77], sharp [Br69], intermediate [Br62]). Five radiologists subjectively assessed the image quality of cortical bone, cancellous bone and soft tissue using seven-point scales. Irrespective of the reconstruction kernel, overall image quality of every FD, LD and ULD scan was deemed suitable for diagnostic use in contrast to mLD (very sharp/sharp/intermediate: 60/55/70%) and mULD (0/3/5%). Superior depiction of cortical and cancellous bone was achieved in FD\(_{Ur77}\) and LD\(_{Ur77}\) examinations (p < 0.001) with LD\(_{Ur77}\) scans also providing favorable bone visualization compared to FD\(_{Br69}\) and FD\(_{Br62}\) (p < 0.001). Fleiss’ kappa was 0.618 (0.594–0.641; p < 0.001), indicating substantial interrater reliability. In this study, we demonstrate that considerable dose reduction can be realized while maintaining diagnostic image quality in upper extremity joint scans with the cone-beam CT mode of a twin robotic x-ray system. Application of sharper convolution kernels for image reconstruction facilitates superior display of bone microarchitecture.

In dieser Studie wurden retrospektiv zwischen Juni 2010 und Juni 2015 die Schrauben bezüglich ihrer Lage und Länge nach navigierter, O-Arm kontrollierter dorsaler Stabilisierung der Wirbelsäule untersucht. In diesem Zeitraum wurden in der Neurochirurgie des Universitätsklinikums Würzburg 2666 Schrauben bei 433 Patienten in 413 Operationen platziert, wobei 2618 Schrauben in dieser Studie ausgewertet werden konnten. Gründe für eine operative Stabilisierung der Wirbelsäule waren im Gesamtkollektiv mit 58,43% am häufigsten degenerative Veränderungen gefolgt von Traumata mit 21,94%, Tumorerkrankungen mit 11,78% und entzündlichen Veränderungen mit 7,85%. Im Bereich der HWS waren die häufigsten Operationsindikationen traumatische Verletzungen mit 46,06%, auf Höhe der BWS Tumordiagnosen mit 46,77% und im Bereich der LWS degenerative Veränderungen mit 76,82%. Die Schrauben wurden auf Höhe der BWS und LWS bezüglich ihrer Lage nach der etablierten Einteilung von Zdichavsky et al. klassifiziert. Die Grundlage dieser Klassifikation ist die Relation der Pedikelschraube zum Pedikel und die Relation der Pedikelschraube zum Wirbelkörper, wobei eine korrekte 1a-Lage vorliegt, wenn mindestens die Hälfte des Pedikelschraubendurchmessers innerhalb des Pedikels und mindestens die Hälfte des Pedikelschraubendurchmessers innerhalb des Wirbelkörpers liegt. Im Bereich der BWS lagen bereits nach dem ersten intraoperativen Scan 89,72% der Schrauben in einer 1a-Lage, nach intraoperativer Revision von 41 Schrauben sogar 93,03% der Schrauben. Auf Höhe der LWS lagen nach dem 1. intraoperativen Scan 94,88% in einer 1a-Lage, nach intraoperativer Revision von 37 Schrauben konnte der Anteil an 1a-Lagen auf 96,14% erhöht werden. In Anlehnung an die Klassifikation von Zdichavsky et al. entstand eine neue Klassifikation für die HWS mit der Überlegung, dass die Stabilität und die Gefahr für neurologische und vaskuläre Komplikationen durch die Lage der Schrauben im Knochen definiert werden kann. Auch hier liegt eine korrekte 1a-Lage vor, wenn mindestens die Hälfte des Schraubendurchmessers innerhalb des Pedikels bzw. der Massa lateralis verläuft. Nach dem ersten intraoperativen Scan lagen bereits 93,93% der Schrauben in einer 1a-Lage, nach intraoperativer Revision von 32 Schrauben lagen sogar 96,20% der Schrauben in einer 1a-Lage. Die Bewertung der Schraublänge erfolgte relativ zur Länge des Schraubeneintrittspunkts und der Vorderkante des Wirbelkörpers, wobei alle Schraubenlängen zwischen 85% und 100% als „gut“ eingestuft wurden. Im Bereich der HWS hatten demnach zu Operationsende 65,62% der Schrauben eine gute Lange, in der BWS 69,72% und in der LWS 71,92%. Aufgrund einer primären Fehllage mussten lediglich 2 Schrauben (0,08% aller Schrauben) bei einem Patienten in einer Folgeoperation revidiert werden, wobei diese Fehllage retrospektiv auch in der initialen intraoperativen Bildgebung hätte erkannt werden können. Weitere Parameter wie Operationsdauer und Operationsart, Anzahl an intraoperativer Bildgebung sowie Anzahl der verschraubten Wirbelsegmente oder intraoperative Komplikationen wurden untersucht. In der klinischen Verlaufskontrolle zeigte sich außerdem eine signifikante Verbesserung der Schmerzen, nämlich in jeder Kategorie (Bein-, Arm-, Rücken-, Nackenschmerzen) gaben mindestens 75% der nachkontrollierten Patienten eine Komplettremission oder relevante Verbesserung der Symptome an. Auch in der neurologischen Verlaufskontrolle zeigte sich bei 68,86% der Patienten in der Nachkontrolle eine Komplettremission bzw. signifikante Verbesserung der neurologischen Beschwerden. In der postoperativen radiologischen Abschlussuntersuchung zeigten sich lediglich bei 3,07% der Schrauben Auffälligkeiten in Form von Schraubenlockerung (2,40%), Schraubendislokation (0,49%) oder Schraubenbrüchen (0,19%).