Dosiseffizienz von CT-Systemen: Ein automatisiertes Verfahren zur Bewertung von Dosis und Bildgüte

Versuchsaufbau für die Ermittlung der Dosiseffizienz

Hintergrund

Die Computertomographie (CT) spielt in der medizinischen Diagnostik eine wichtige Rolle. Sie geht allerdings im Vergleich mit einer einfachen Röntgenaufnahme mit einer relativ hohen Strahlendosis einher. CT-Aufnahmen machen zahlenmäßig zwar nur einen kleinen Teil der Untersuchungen mit Röntgenstrahlung aus, tragen aber am stärksten zur Kollektivdosis der Bevölkerung durch Röntgenanwendungen bei.

Verschiedene Weiterentwicklungen in der Gerätetechnik haben in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass die eingesetzte Strahlendosis pro Untersuchung deutlich reduziert werden konnte - bei einer vergleichbaren diagnostischen Qualität der Bilder. Nach dem Prinzip der Dosisoptimierung darf in der Diagnostik nur so viel Strahlung auf Untersuchte einwirken, wie nötig ist, um ein für den Zweck ausreichend gutes Bild zu erzeugen. Allerdings ist es für Verantwortliche aus Kliniken oder Praxen, die neue CT-Geräte anschaffen wollen, schwer zu erkennen, welche Geräte welche Bildqualität pro Strahlungsdosis liefern. Also welche "Dosiseffizienz" sie haben.

Zielsetzung

In einem Forschungsvorhaben, das in Kooperation mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) durchgeführt wurde, sollte ein standardisiertes Verfahren entwickelt werden, mit dem CT-Systeme hinsichtlich ihrer Dosiseffizienz beurteilt werden können. Dieses Verfahren kann in Zukunft idealerweise im Rahmen einer Typprüfung eingesetzt werden.

Methodik

Objekte mit geringem Kontrast stellen eine Herausforderung für die CT-Diagnostik dar. Ein geeignetes Phantom mit Niedrigkontraststrukturen mit kleinen Durchmessern sowie ein repräsentatives Abdomen-Protokoll wurden ausgewählt. Die generierten Bilddaten werden von einem modellbasierten Beobachter ausgewertet und aus dessen Ergebnissen eine objektive Kenngröße (die Dosiseffizienz) ermittelt. Die Auswertung der Bilddaten sowie die Bestimmung der Dosiseffizienz laufen in der eigens entwickelten Software möglichst automatisiert ab.

Die Reproduzierbarkeit wurde durch mehrere Messreihen überprüft. Erst mit demselben Gerät und demselben Phantom, dann mit verschiedenen Phantomen und demselben Gerät.

Durchführung

Bisher wurden Messungen an zwölf Geräten an verschiedenen Standorten durchgeführt. Darunter sind Geräte von vier Herstellern und zehn unterschiedliche Gerätetypen. Die Spanne reicht von 16- bis 192-Detektorzeilen und umfasst Systeme mit einer bzw. zwei Röntgenröhren. Weitere Messungen sind geplant.

Bisherige Ergebnisse

Die Messungen zur Prüfung der Reproduzierbarkeit lieferten gute Ergebnisse. Die Untersuchung mit verschiedenen Exemplaren des Phantoms ergab teilweise deutliche Unterschiede, die im Hinblick auf eine Typprüfung berücksichtigt werden müssen.

Ausblick

Geplant sind eine Fortführung der Messkampagne und eine Weiterentwicklung der Software (inkl. Anwenderschnittstelle).

Veröffentlichungen

Racine, D., Viry, A., Edyvean , S., & Verdun, F. R. (2017). Konzepte zur Charakterisierung klinischer CT Systeme unter Einbeziehung von Bildqualität und Dosis Vorhaben 3613S20007

Göppel, M., Anton, M., Gala, HH., Giussani, A., Trinkl, S., Renger, B., & Brix, G. Dose-efficiency quantification of computed tomography systems using a model-observer. Med Phys. 2023; 1- 12.