SP 202

Meilensteine in der CT I - Spektral-CT und Photon-Counting CT I

Meilensteine in der CT I - Spektral-CT und Photon-Counting CT I
Donnerstag, 26. Mai 2022 · 09:45 bis 10:45 Uhr
26
Mai

Donnerstag, 26. Mai 2022

09:45 bis 10:45 Uhr · Raum: Studio 1.1  in Kalender übernehmen:   iCal  ·  Google

Veranstaltungsdetails

Veranstalter
Deutsche Röntgengesellschaft e.V
Art
Spezial
Thema
Experimentelle Radiologie

Zertifizierungen

Informationen

Moderation
Mathias Meyer (Hamburg)
Monika Uhrig (Saarbrücken)

Ablauf

09:45 - 10:05

Vortrag (Fortbildung)

Photon-Couting CT - der nächste Schritt in der CT-Evolution

Monika Uhrig (Saarbrücken)

Kurzzusammenfassung

Bei der Photonen-zählenden Computertomographie (PC-CT) kommen neuartige Detektoren zum Einsatz, die einzelne Photonen zählen und ihre Energie messen können. Dies erlaubt die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen der durchstrahlten Materie und Röntgenquanten vieler unterschiedlicher Energien, liefert also detaillierte Informationen über die Gewebeeigenschaften. Perspektivisch ergeben sich Anwendungsgebiete in der k-Kantenbildgebung, bei der bspw. verschiedene Kontrastmittel mit nur einem Scan differenziert werden.
Neben der Generierung von spektralen Informationen ermöglicht die PC-CT eine hohe Ortsauflösung, basierend auf einer im Vergleich zur konventionellen CT deutlichen Verkleinerung der Detektorpixel. Die Vorteile können bspw. in der Thoraxradiologie und bei der hochaufgelösten Darstellung der trabekulären Knochenstruktur zum Tragen kommen.
Die durch die PC-CT verursachte Strahlendosis ist bei vergleichbarer Bildqualität geringer im Vergleich zur konventionellen CT. Dies liegt unter anderem daran, dass das elektronische Bildrauschen bei typischen Energieniveaus liegt, die dank der Energieauflösung der neuen Detektoren herausgefiltert werden. Ein Detektor-Sampling kann das Verhältnis von Kontrast zu Rauschen zusätzlich verbessern. Dies bringt in vielerlei Hinsicht Vorteile. So wird bei gleicher Dosis die Bildqualität verbessert, sodass weniger Kontrastmittel verwendet werden muss. Eine andere Möglichkeit ist, bei im Vergleich zur konventionellen CT gleichbleibender Bildqualität die Strahlendosis zu reduzieren. Sollte sich die reduzierte Strahlenbelastung bei Patientenuntersuchungen in der Routine bestätigen, wird dies, zusammen mit der räumlichen Hochauflösung und den Vorteilen hinsichtlich der Kontrastmittel, voraussichtlich dazu beitragen, dass die PC-CT die konventionelle Computertomographie nach und nach verdrängt.

Lernziele

Die Photon-Counting CT (PC-CT) verwendet neuartige Detektoren, die einzelne Photonen zählen und ihre Energie messen.
PC-CT erweitert die anatomische Darstellung des Patienten um spektrale Informationen des durchstrahlten Gewebes.
Die neuartigen Detektoren ermöglichen darüber hinaus eine deutlich verbesserte Ortsauflösung und geringere Strahlenbelastung bzw. Reduktion der Kontrastmittelmenge.
10:05 - 10:10

Vortrag (Wissenschaft)

Virtuell native CT Bilder im Vergleich zu nativen CT Bildern: Erste Erfahrungen mit einem klinisch zugelassenen Photon Counting CT

Julius Niehoff (Minden)

weitere Autoren

Matthias Wöltjen (Minden) / Jan Borggrefe (Minden) / Jan Robert Kröger (Minden)

Zielsetzung

Nach der klinischen Zulassung des Photon Counting CTs (PCCT) soll evaluiert werden, ob zwischen den mithilfe dieser neuen Technologie generierten, virtuell nativen (VNC) Bildern und den tatsächlich nativen (TNC) Bildern ein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Dichtewerte besteht.

Material und Methoden

Retrospektive Auswertung von 72 CT Untersuchungen des Abdomens (43 CTs mit nativer und venöser Kontrastierung, 29 CTs mit zusätzlich arterieller Kontrastierung). VNC Bilder wurden aus der arteriellen (VNCa) und der portalvenösen (VNCv) Kontrastmittelphase rekonstruiert. Die Dichtewerte wurden mit gleich großen ROIs (regions of interest) in folgenden Organen bestimmt: Leber, Niere, Muskel. Die gemessenen Dichtewerte wurden miteinander verglichen.

Ergebnisse

In den VNC Bildern korrelieren die Dichtewerte in der Leber und im Muskel stark mit den Dichtewerten in den TNC Bildern, weisen jedoch einen signifikanten Offset auf (VNCv vs. TNC: Leber 48 ± 9 HU vs. 59 ± 9 HU, p < 0,001, r = 0,876; Muskel 43 ± 6 HU vs. 49 ± 6, p < 0,001, r = 0,729). In den VNC weisen die Dichtewerte in der Niere im Vergleich zu den TNC Bildern ebenfalls einen signifikanten Offset auf (VNCv 25 ± 5 HU vs. TNC 37 ± 4 HU, p < 0,001). Gleichzeitig korrelieren die Dichtewerte in der Niere nur schwach miteinander (r = 0,137, p = 0,125).

Die Dichtewerte der VNCv und VNCa Bilder weisen keinen wesentlichen Unterschied auf, unterscheiden sich in der Leber dennoch signifikant (VNCv vs. VNCa: Leber 45 ± 9 HU vs. 48 ± 9 HU, p < 0,001; Niere 22 ± 5 HU vs. 22 ± 4, p = 0,877; Muskel 42 ± 7 HU vs. 40 ± 7 HU, p = 0,058).

Schlußfolgerungen

Die überwiegend starke Korrelation sowie der geringe Unterschied zwischen den VNCv und VNCa Bildern deuten darauf hin, dass der Algorithmus zur virtuellen Entfernung des Kontrastmittels in den CT Bildern grundsätzlich funktioniert. Die Unterschiede zwischen den VNC und TNC Bildern weisen möglicherweise auf einen systematischen Fehler hin, der bei der Interpretation der VNC Bilder bedacht werden muss.
10:10 - 10:15

Vortrag (Wissenschaft)

Photon-Count CT in der klinischen Routine - Erste Eindrücke zur Dosisexposition und Bildqualität

Benjamin Valentin Becker (Koblenz)

weitere Autoren

Daniel Overhoff (Koblenz) / Stephan Waldeck (Koblenz)

Zielsetzung

Die Photon-Count basierte Detektortechnologie verspricht neue Möglichkeiten in der Computertomographie. Neben anderen Vorteilen durch direkte Photonenauslese sollen insbesondere ein reduziertes Bildrauschen und eine deutliche Dosisreduktion möglich sein. Die Photon-Count CT (PCCT) hat dabei erst kürzlich die Freigabe für den klinischen Betrieb erhalten und ist bisher nur vereinzelt in die klinische Routine implementiert. In dieser Arbeit sollen daher erste Erfahrungen sowohl zur Bildqualität, als auch erste Angaben zu Dosiswerten in der klinischen Routine vorgestellt werden.

Material und Methoden

Die ersten n = 100 Untersuchungen im klinischen Routinebetrieb an einem PCCT (NAEOTOM Alpha, Siemens Healthineers) an einem Zentrum wurden bisher eingeschlossen. Neben der deskriptiven Darstellung der Dosisexposition (DLP, CTDI) erfolgte bis dato auch die subjektive Auswertung der akquirierten CT-Datensätze durch vier Radiologen anhand Likert-Skalen zur Bildqualität (Skala von 0 - schlechtester Wert - bis 5 - bester Wert).

Ergebnisse

Sowohl allgemeine Bildqualität (4,69 ± 0,47), als auch der Rauscheindruck (4,89 ± 0,32) wurden sehr gut bewertet. Beispielhaft lagen die ermittelten DLPs für kontrastmittelunterstütze Thoraxuntersuchungen bei 213,40 ± 38,27 mGy*cm (CTDI 5,87 ± 1,05 mGy) und für monophasische Abdomen-/Beckenuntersuchungen bei 407,04 ± 54,29 mGy*cm (CTDI 7,73 ± 1,06 mGy).

Schlußfolgerungen

Die ersten mit der PCCT generierten Bilddatensätze werden auch in der klinischen Routine bezüglich Rauscheindruckes sowie allgemeiner Qualität sehr gut bewertet. Die Dosiswerte der bisher akquirierten Datensätze erscheinen zwar primär adäquat, insbesondere zu den teilweise in der prä-klinischen Forschung genannten Werten sollte jedoch noch erhebliches Optimierungspotential möglich sein. Eine weitere Anpassung der verwendeten neuen Protokolle im Hinblick auf einen Kompromiss zwischen Bildqualität und Dosis wird das wirkliche Potenzial im klinischen Einsatz zeigen müssen.
10:15 - 10:25

Diskussion

Diskussion

10:25 - 10:30

Vortrag (Wissenschaft)

Photon Counting Computertomographie der Knochenmikrostruktur: Steigerung der effektiven Ortsauflösung im Vergleich zur konventionellen CT

Felix Thomsen (Bahía Blanca)

weitere Autoren

Sebastian Horstmeier (Minden) / Julius Niehoff (Minden) / Jan Borggrefe (Minden)

Zielsetzung

Diese Arbeit untersucht, ob die Ortsauflösung des klinischen Photoncounting CT mit Quantum Technologie (PCCT) als Ground-truth Bildgebung der Knochenmikrostruktur dienen kann. Die in-situ Knochenauflösung wird mit einem Dual Energy CT und einem konventionellen klinischen Scanner verglichen. Darüber hinaus dienen XtremeCT Daten als Referenz.

Material und Methoden

Fünf in Plexiglas eingebettete Wirbelkörper wurden jeweils mit 3 Wiederholungen an 4 Scannern mit Filtered Back-Projection untersucht (Naeotom Alpha (PCCT), Somatom 40 (S40), Somatom Force (SF), jeweils Siemens Healthineers und Xtreme CT I (XCT), Scanco). Parameter waren 120kVp; 1500 mAs (PCCT, SF) und 800 mAs (S40); Inkrement: 0.082 (XCT), 0.1 mm (PCCT) und 0.3mm (S40, SF); planare Auflösung: 0.082 (PCCT, XCT) und 0.164 mm (S40, SF) und Kerneln Br68 und Br76 (PCCT), Br64 (SF) und B65s und B75h (S40). Alle Bilddaten wurden segmentiert, kalibriert und mit isotroper Auflösung von 0.164 mm registriert. Die in-situ Modulations-Übertragungsfunktion wurde mittels inverser Wiener Faltung aus den klinischen und den XtremeCT Daten ermittelt und durch transversale (tr.lp/cm) und axiale Linienpaare/cm (ax.lp/cm) ausgewertet (10% MTF).

Ergebnisse

Die Ortsauflösung des S40 unterscheidet sich nur geringfügig zwischen den Kerneln B65s und B75h mit 21,5 vs. 23,5 tr.lp/cm und 25,8 vs. 24,6 ax.lp/cm. SF (Br64) erreicht 25,8 tr.lp/cm und 32,8 ax.lp/cm und PCCT 29,3 (Br68) vs. 48,1 tr.lp/cm (Br76) und 49,2 vs. 48,1 ax.lp/cm. Die Quotienten von nominaler vs. effektiver Auflösung sind 19,73 und 16,74 (S40), 10,32 (SF), 5,36 und 2,04 (PCCT).

Schlußfolgerungen

Mit dem PCCT sind wir erstmals in der Lage, Mikrostruktur im klinischen Setting mit einer isotropen Auflösung von 200x200x200µm³ abzubilden. Die Volumenauflösung liegt damit lediglich um Faktor 2,7 niedriger, als beim XCT (142x142x142µm³) und 5 bis 8 mal über konventionellem CT (SF-Br64 bzw. S40-B75h). Es ist daher zu vermuten, dass Mikrostrukturparameter im PCCT mit ähnlicher Genauigkeit bestimmbar sind wie im XCT.
10:30 - 10:35

Vortrag (Wissenschaft)

Diagnose einer hepatischen Steatose auf virtuell nativen Bildern am Photon-Counting-Computertomographen: Anpassung etablierter Grenzwerte

Jan Robert Kröger (Minden)

weitere Autoren

Matthias Michael Wöltjen (Minden) / Jan Borggrefe (Minden) / Julius Niehoff (Minden)

Zielsetzung

Eine hepatische Steatose kann computertomographisch anhand echt nativer Bilder (TNC) oder mittels Dual Energy Technik generierter virtuell nativer Bilder (VNC) diagnostiziert werden. In dieser Studie soll untersucht werden, ob auch VNC Bilder, die mit dem ersten klinisch zugelassenen Photon Counting CT (PCCT, Naeotom, Siemens Healthineers) generiert wurden, die TNC Bilder bei der Diagnosestellung einer Steatose ersetzen können.

Material und Methoden

71 konsekutive Patienten mit einer nativen und portalvenösen CT-Untersuchung des Oberbauches wurden eingeschlossen. Regions of interest (ROI) Messungen wurden in beiden Leberlappen, sowie in der Milz auf TNC und VNC Bildern eingezeichnet. Messungen im rechten bzw. linken Leberlappen wurden als eigenständige Fälle behandelt. Es wurden die folgenden etablierten Grenzwerte für die Diagnose einer Steatose herangezogen: ein HU-Wert unter 40 (HUabs), eine Differenz zwischen Leber- und Milzdichte von ≤-10 (HUdif) oder ein Quotient zwischen Leber- und Milzdichte von ≤0,8 (HUq).

Ergebnisse

Zwischen TNC und VNC zeigten sowohl HUabs (58,4±9,2 vs. 49,2±9,8 p<0,001), als auch HUdif (5,2±8,4 vs. 6,7±8,7 p=0,003) und HUq (1,1±0,2 vs. 1,2±0,2 p<0,001) signifikante Unterschiede. Hierdurch ergibt sich bei Verwendung der genannten etablierten Grenzwerte eine Fehlklassifikation von Patienten basierend auf VNC Daten. In der ROC Analyse ergibt sich dennoch eine gute Vorhersage basierend auf den VNC Daten, für HUabs (AUC=0,993) mit einem vorgeschlagenem Cut-Off von ein ≤37,5 HU (Youden-Index (J)=0,94, Sensitivität=1, Spezifität=0,94), für HUdif (AUC=0,977) mit einem vorgeschlagenem Cut-Off ≤-1,5 HU (J=0,88, Sensitivität=1, Spezifität=0,88), für HUq (AUC=0,990) mit einem vorgeschlagenem Cut-Off von ≤0,86 (J=0,98, Sensitivität=0,98, Spezifität=0,98).

Schlußfolgerungen

HU-Werte im PCCT VNC zeigen im Vergleich zu echt nativen Scans systematische Abweichungen. Bei der Diagnose einer hepatischen Steatose basierend auf VNC Bildern des neuen PCCT sollten daher angepasste Grenzwerte verwendet werden.
10:35 - 10:45

Diskussion

Diskussion

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