Röko Digital – Photon-Counting-CT: Paradigmenwechsel in der Schnittbildgebung

Röko Digital – Photon-Counting-CT: Paradigmenwechsel in der Schnittbildgebung

Höhere diagnostische Genauigkeit, neue Screening-Anwendungen, weniger Strahlenbelastung, weniger Kontrastmittel: Das alles könnte durch direkte Umwandlung von Photonenenergie bald klinische Wirklichkeit werden.

  • Präsentationstag:
    13.11.2020 1 Kommentare
  • Autor:
    biho/ktg
  • Sprecher:
    Heinz Peter Schlemmer, DKFZ Heidelberg

Die Photon-Counting-CT liefert Bilder, die bereits mit bloßem Auge schärfer und detailgetreuer sind als Bilder der konventionellen CT. Bisher gibt es weltweit nur wenige Prototypen. Einer davon steht am DKFZ in Heidelberg. Heinz Peter Schlemmer, DKFZ Heidelberg, erläuterte die Funktionsweise und Vorteile der neuen Technik.

Direkte Signalumwandlung

Die konventionelle CT arbeitet mit einem energy-integrated Detektor (EID): Die von der Röntgenstrahlung ausgesandte Photonenenergie trifft erst auf einen Szintillator, der sie in sichtbares Licht umwandelt. Die Lichtquanten werden in einem zweiten Schritt durch eine Photodiode in elektrische Signale umgesetzt.

Der Photonendetektor (PCD) sorgt hingegen für die direkte Umwandlung der Photonenenergie zu elektrischen Signalen. Die Photonen treffen dabei auf ein Halbleitermaterial. Das PCD kann jedes einzelne der pro Sekunde und Quadratmillimeter erzeugten Million von Photonen erfassen – und seine Energie messen.

Die Photon-Counting CT generiert aufgrund direkter Energieumwandlung viel schärfere Bilder als eine konventionelle CT

Aus der erhöhten räumlichen und energetischen Auflösung sowie der verbesserten Dosiseffizienz ergeben sich viele Vorteile für die Bildgebung und die PatientInnen.

Gestochen scharfe Details

Ein EI-Detektor bringt Pixelgrößen von 0,6 mm Seitenlänge hervor; ein PCD mit ultra-hoher Auflösung (UHR) schafft 0,25 mm. Die sehr viel schärferen Bilder zeigen Details von Geweben und Knochen, die bisher verborgen blieben. „Damit ergeben sich mehr und bessere Informationen für Texturanalysen“, so Schlemmer. Er nannte die genauere Charakterisierung von Knochen oder Gefäßplaques als Beispiel. Für künstliche Intelligenz und für Radiomics-Analysen sind diese hochaufgelösten Bilder bestens geeignet, denn sie liefern detaillierteres Datenmaterial als konventionelle CT-Bilder.

Kontrasterhöhung und Dosisreduzierung

Der dual-source CT-Prototyp in Heidelberg misst mit zwei Detektoren gleichzeitig. Die Performance des EI- und des PC-Detektors sind daher direkt miteinander vergleichbar. Experimentelle Untersuchungen mit der gleichen Kontrastmitteldosis an abdominalen Phantomen und Teilen von menschlichen Kadavern zeigen eine Kontrastverbesserung um 35% mit dem PCD (Klein L et al. 2020).

Die gleich gute Bildqualität einer konventionellen CT kann im Photon-Counting-CT mit einer sehr viel geringeren Kontrastmitteldosis erzielt werden: Eine Dosisreduzierung um bis zu 40% ist denkbar (Klein L et al. 2020). Für Screening-Anwendungen sind diese Werte besonders attraktiv: Schlemmer denkt beispielsweise an ein Lungenkrebs-Screening-Programm.

Geringere Strahlendosis

Die unterschiedlichen Einzelenergien der Röntgenphotonen können im PCD gemessen und verschieden gewichtet werden. Eine höhere Wichtung niedrigerer Energien führt zu einem höherem Jodkontrast. Dabei wäre bei klinischer Anwendung ein bis zu 37% höherer Jodkontrast gegenüber einer konventionellen CT möglich. Die Strahlendosis erniedrigt sich um bis 46%. (Sawall S et al. 2020).

Ein weiterer Effekt der genauen Energieauflösung: Die unterschiedliche Wichtung kann auch Metallartefakte reduzieren.

Neue /andere Kontrastmittel

Es wäre sogar möglich, verschiedene Kontrastmittel gleichzeitig zu geben. Die k-Kanten unterschiedlicher Elemente wie Jod, Bismut, Gadolinium oder Gold sind mit dem PCD nämlich leicht voneinander abzugrenzen. Das verbessert wiederum die Gewebsdifferenzierung. „In der Klinik wird es zunächst beim Jod als einzigem Kontrastmittel bleiben,“ vermutete Schlemmer. „Der Weg der experimentellen Phase ist lang.“

Fazit

Die Photon-Counting-CT geht mit einer Effizienz- und Qualitätssteigerung einher. „Die Technik ist sofort klinisch einsetzbar,“ sagte Schlemmer. Dass die Photon-Counting-CT die konventionelle CT ablösen wird, sieht er jedoch nicht: „Wir müssen uns fragen, bei welcher Indikation die Anwendung wirklich sinnvoll ist.“ Die Frage des Herstellerpreises wird bei der Entwicklung wohl ebenfalls eine Rolle spielen.

 

Referenzen

Klein L et al. Effects of Detector Sampling on Noise Reduction in Clinical Photon-Counting Whole-Body Computed Tomography. Invest Radiol. 2020;55(2):111-11

Sawall S et al. Iodine contrast-to-noise ratio improvement at unit dose and contrast media volume reduction in whole-body photon-counting CT. Eur J Radiol. 2020;126:108909

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