Die Zukunft der CT liegt in der Software

Die Zukunft der CT liegt in der Software

Die entscheidenden Fortschritte in der CT-Bildgebung sind durch Weiterentwicklungen der Software zu erwarten. Rauschunterdrückung und Bewegungskorrektur sind dabei Schlüsseltechnologien.

  • Präsentationstag:
    18.01.2018 1 Kommentare
  • Autor:
    mh/ktg
  • Sprecher:
    Mathias Prokop, Radboud Universität Nijmegen, Niederlande
  • Quelle:
    CT Symposium Garmisch 2018

Die erste Phase der CT-Entwicklung war durch eine exponentielle Entwicklung im Bereich der Hardware geprägt: Höhere Geschwindigkeit und bessere Auflösung waren in erster Linie Fortschritten in der Gerätetechnologie zu verdanken, wie etwa der steigenden Anzahl von Slices oder der Dual-Source-Technologie. Die Leistungsfähigkeit der Geräte verdoppelte sich etwa alle zwei Jahre.

„Allerdings hat die Hardware inzwischen allmählich ihre technischen Limits erreicht“, sagte Mathias Prokop, Radboud Universität Nijmegen, die CT könne man nunmehr als mehr oder weniger ausgereifte Technologie betrachten. Zwar gebe es neue Ansätze auch in der Geräteentwicklung, aber bis es Scanner mit inverser Geometrie jemals zur Marktreife brächten, dürften 10 bis 20 Jahre vergehen, und die Phasenkontrast-Bildgebung mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 90 Nanometer sei bisher nur für sehr kleine Strukturen einsetzbar. Weitere aktuelle Ansätze der Geräteentwicklung seien Photonen-zählende Detektoren und Röntgenlaser. Insgesamt sei aber die Phase der exponentiellen Hardwareentwicklung vorbei.

Meilensteine der Softwareentwicklung

„Was sich nun mit hoher Geschwindigkeit weiterentwickelt, ist die Software“, so Prokop. Als bisherige Meilensteine nannte er die Automatische Expositionskontrolle und die Iterative Rekonstruktion (IR), die maßgeblich zur Dosisreduktion beitragen und mittlerweile auf allen modernen Scannern verfügbar sind. Jüngste Weiterentwicklungen sind die hybride und die modellbasierte IR; sie helfen das Rauschen zu verringern und Artefakte zu reduzieren. Die modellbasierte IR arbeitet dabei mit einer nicht mehr konstanten Ortsauflösung.

Schlüsseltechnologie: Bewegungskorrektur und Rauschunterdrückung

Die Dual-Energy-Technologie (DE) nutzt die Akquisition mit niedriger und mit hoher Energie, um auf Grundlage dieser Daten unterschiedliche Substanzen darzustellen beziehungsweise herauszurechnen. Ihre Anwendungsgebiete sind die Iodbildgebung zum Nachweis von Kontrastierung und von Perfusionsunterschieden, die Kontrastverbesserung und das Herausrechnen von Knochenstrukturen in der CT-Angiographie, und die Differenzierung unterschiedlicher Substanzen zur Darstellung kalkhaltiger Strukturen wie etwa Nierensteine.

Bis auf die Materialdifferenzierung lassen sich diese Aufgaben aber auch mittels Subtraktionsbildgebung bewerkstelligen, basierend auf Prä- und Post-Kontrast-Aufnahmen. Eine Stärke der Subtraktionsbildgebung im Vergleich zur DE liegt darin, dass bei ihr kein Signal verschenkt wird; das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis ist höher als das der DE-Bildgebung. „Dank der Rauschunterdrückung als Schlüsseltechnologie sieht man das in der Praxis aber gar nicht so stark“, sagte Prokop.

Dual Energy dagegen hat Vorzüge im Umgang mit physiologischen Bewegungen des Patienten, bedingt durch Atmung, Herzschlag und Darmbewegungen. In der Subtraktion sind unter Umständen mehrere Akquisitionen in Atemstillstand erforderlich sind. Aber auch hier trägt moderne Software zu einer verbesserten Bewegungskorrektur bei.

Prokop bezeichnete die Bewegungskorrektur neben der Rauschunterdrückung als treibende Technologie für die Weiterentwicklung der CT. Die rohdatenbasierte Bewegungskorrektur habe das Potenzial zu einer zeitlichen Auflösung von 20 Millisekunden. „Solche Werte sind allein durch schnellere Rotation überhaupt nicht machbar“, so Prokop, auch hier liege die Zukunft in der Software. Das gelte auch für die Fortschritte in der Reduktion von Metallartefakten.

Auch in der Perfusionsdiagnostik, die normalerweise durch stark geglättete Bilder gekennzeichnet sei, trage Software zu deutlich besseren Bildern bei, so Prokop. Durch 4D-Unterdrückung des Rauschens sind inzwischen hochauflösende Perfusionsbilder möglich.

Zunehmende Automatisierung in der Radiologie

„Die zunehmende Automatisierung wird uns in den kommenden Jahren in der Radiologie sehr beschäftigen“, sagte Prokop. Aus eigener Anschauung schilderte den Einsatz der Computer-assistierten Diagnostik (CAD) im Lungenscreening: statt fünf Minuten pro Fall ließen sich mit CAD an die hundert Fälle in einer Stunde bearbeiten. Eine Studie von Ritchie et al. aus Vancouver (J Thorc Oncol 2016) zeigte, dass sogar MTRA mit Softwareunterstützung im Lungenscreening zuverlässiger Tumoren detektierten als Radiologen ohne solche Software.

„Viele Anwendungen arbeiten aber nicht vollständig automatisiert, sondern unterstützen uns in unserer Arbeit“, sagte Prokop. Das gelte beispielsweise für die COPD-Quantifizierung; mittlerweile könne man regional vorhersagen, von welchem Segment die verschlechterte Lungenfunktion ausgehe. Auch die Segmentation des Hirns zur automatischen Strokeanalyse schreite voran, was bislang aufgrund zu hohen Bildrauschens nicht machbar war.

Fazit

„Die Zukunft der CT, aber auch der MRT wird in der Software liegen“, resümierte Prokop. Mit zunehmender Automatisierung würden auch bisher komplexe Anwendungen einfacher durchführbar und dürften weitere Verbreitung finden.

Vorhandene Kommentare

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Leider hat Prof. Prokop die neuen Entwicklungen der DE bzw Spektralbildgebung nicht ausgeführt. Ich achte ihn sehr als Forscher, wundersam das er da einen eingeschränkten Blick hat.

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