Forscherinnen und Forscher der Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie an der Uniklinik RWTH Aachen haben auf dem diesjährigen, weltgrößten Radiologie-Kongress (RSNA) in Chicago ihre vielversprechenden Forschungsergebnisse zur kardialen Bildgebung mithilfe der Photon-Counting-CT bei Neugeborenen und Säuglingen vorgestellt. Die Studie zeigt, dass die hochmoderne Technik der herkömmlichen Computertomographie (CT) gegenüber deutlich überlegen ist: Sie bietet ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, ermöglicht geringere Strahlendosen und liefert eine deutlich bessere Bildqualität.
Bei Neugeborenen und Säuglingen sind angeborene Herzfehler die am häufigsten auftretenden Organfehlbildungen. Charakteristisch ist, dass die Bandbreite der angeborenen Herzanomalien von einfachen, unkomplizierten Formen bis hin zu schweren, komplexen Herzerkrankungen reicht, die ohne eine frühzeitige Diagnostik und Behandlung lebensgefährlich sind. Die CT ist ein wichtiges bildgebendes Verfahren, weil sie zur Darstellung der Herzanatomie in der Diagnostik und OP-Planung eingesetzt wird. Nachteilig ist für die noch sehr jungen Patientinnen und Patienten, dass dieses Vorgehen nicht ohne eine erhebliche Strahlendosis auskommt.
Funktionsweise der Photon-Counting-Computertomographie
Ein Team um Priv.-Doz. Dr. med. Timm Dirrichs, Oberarzt in der Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, konnte in einer Studie nun zeigen, dass die Photon-Counting-CT eine sehr gute Alternative im Vergleich zur konventionellen CT bietet. Bei dieser werden Röntgenstrahlen, genauer die einzelnen Röntgenphotonen, durch einen sogenannten Detektor erfasst, nachdem sie den menschlichen Körper durchdrungen haben. Einzelne Körperteile und Gewebestrukturen schwächen die Signale dabei ab. Der Detektor erfasst diese Signale beziehungsweise die Photonen wie eine Kamera: Er setzt Pixel für Pixel ein Bild zusammen. Bei den bisher existierenden CTs erfasst der Detektor die Röntgenstrahlen allerdings nicht direkt, sondern formt diese erst in sichtbare Lichtsignale, die anschließend auf eine Photodiode treffen und dort in elektrische Signale umgewandelt werden.
Die sogenannten Photon-Counting-CTs bieten den revolutionären Vorteil, dass sie den Zwischenschritt der Umwandlung in Lichtsignale nicht mehr benötigen: Der neu entwickelte Detektor ist in der Lage, die einzelnen Photonen und ihre Energie direkt zu erfassen, sozusagen zu „zählen“, und sie in elektrische Signale umzuwandeln. Diese Weiterentwicklung macht die Geräte besonders effizient und deutlich leistungsfähiger als herkömmliche.
Bessere Bildgebung, geringere Strahlendosis
„Insbesondere bei CT-Untersuchungen von Neugeborenen mit komplexen Fehlbildungen am Herzen ist die Bildqualität im Verhältnis zur eingesetzten Strahlendosis entscheidend“, erklärt Univ.-Prof. Dr. med. Christiane Kuhl, Klinikdirektorin. „Dank der wirkungsvolleren Erfassung der Röntgenstrahlen und der fast vollständigen Vermeidung von elektronischem Rauschen bieten die Geräte eine deutlich höhere Auflösung und liefern schärfere und klarere CT-Bilder. Gleichzeitig benötigen wir eine geringere Dosis Röntgenstrahlung, und gerade bei der Behandlung von Kindern und Jugendlichen versuchen wir schon immer, mit so geringen Strahlendosen wie möglich auszukommen.“ Die Studienergebnisse liefern erste eindeutige Hinweise, dass durch die Photon-Counting-Technologie neue, bislang ungeahnte Möglichkeiten zur Behandlung von Kindern und Jugendlichen entstehen.
Untersuchung von Kindern mit angeborenen Herzfehlern
In ihrer Studie verglichen die Medizinerinnen und Mediziner eine klinische Photon-Counting-CT mit einem Dual-Source-CT-Scanner der dritten Generation bei insgesamt 109 Kindern, unter ihnen 57 männliche und 52 weibliche. Bei allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern bestand die medizinische Indikation für eine kardiale Computertomographie. Die Forschenden untersuchten von den 109 Patientinnen und Patienten 84 mittels einer kontrastverstärkten Dual-Source-CT und 25 mit einer Photon-Counting-CT. „Wir haben die effektive Strahlendosis für die Kinder und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis sowie das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis errechnet. Darüber hinaus haben wir die axiale und 3D-Bildqualität bewertet und auf einer 5-Punkte-Likert-Skala eingeordnet“, erklärt Dr. Dirrichs. Die Ergebnisse innerhalb des Forschungsprojekts waren eindeutig: Der Einsatz der Photon-Counting-CT liefert bei angeborenen Herzfehlern bei gleichzeitig geringerer Strahlendosis eine deutlich bessere Bildqualität. „Wir stellten sowohl ein deutlich besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis als auch ein besseres Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis fest. Die Gesamtqualität der Bilder war ebenfalls deutlich detailreicher und hochauflösender“, sagt Dr. Eric Tietz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Forschungsprojekts. Die Forscherinnen und Forscher wollen im nächsten Schritt die Anzahl der untersuchten Patientinnen und Patienten noch weiter erhöhen und verschiedene Maßnahmen ausprobieren, um die Strahlendosis noch weiter reduzieren zu können.
