Hardware-Entwicklungen in der CT

Hardware-Entwicklungen in der CT

Photonenzählende Detektoren liefern im Gegensatz zu energieintegrierten Detektoren Informationen über Energie und Anzahl der einfallenden Röntgenquante. Insbesondere im Niederkontrastbereich führt dies zu einer besseren Bildauflösung.

  • Präsentationstag:
    18.01.2018 0 Kommentare
  • Autor:
    biho/ktg
  • Sprecher:
    Marc Kachelrieß, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) Heidelberg
  • Quelle:
    10. Internationales CT Symposium

Dual-Energy-CT arbeiten mit zwei Röntgenröhren. Für eine gute Bildqualität sollte die Überlappung beider Spektren möglichst gering sein. Häufig führt jedoch eine energetische Überlappung zu einem ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis mit nicht-diagnostischer Bildqualität. Dies ist besonders bei niedrigen Kontrastmitteldosen der Fall.

Eine signifikante Verminderung des Bildrauschens kann durch photonenzählende Detektoren erreicht werden. Während die energieintegrierten Detektoren der Dual-Energy-Geräte keine Informationen über die Energie und Anzahl der absorbierten Photonen liefern, trennen photonenzählende Detektoren einzelne Photonen voneinander und erzeugen dadurch mindestens genauso gute Bilder wie eine Dual-Energy-CT mit zwei Röntgenröhren. Marc Kachelrieß, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) Heidelberg, erläuterte die neue Technik.

Funktionsweise photonenzählender Detektoren

Kachelrieß nannte diverse Vor- und Nachteile photonenzählenden Detektoren gegenüber der Multi-Energy-CT:

  1. Direkte Konvertierung

Im Gegensatz zur Multi-Energy-CT erfolgt die Umwandlung ionisierender CT-Strahlung mit photonenzählenden Detektoren direkt: Die Strahlung trifft auf den aus Halbleitermaterialien gefertigten Detektor und freie Ladungsträger (Photonen) werden erzeugt. Diese driften zu Elektroden. Je nach eingestelltem Schwellenwert wird die Energie des Photons dort gezählt oder unterdrückt.

  1. Höhere Auflösung

Die Detektoren der Dual-Energy-CT gewichten die Photonen nur nach ihrer Energie. Durch Akkumulation kann es zu so genannten „Pile-Up“-Problemen kommen – es wird nur eins statt zwei oder mehrerer Detektionsereignisse registriert. „Diese Problematik gibt es bei photonenzählenden Detektoren jedoch auch“, gab Kachelrieß zu bedenken. In diesem Fall treffen die Photonen zu schnell nacheinander auf den Detektor und können nicht mehr voneinander getrennt gezählt werden. Elektrodenhersteller begegnen diesem Problem mit der Produktion kleinerer Elektroden. Als Vorteil ergibt sich daraus eine höhere Ortsauflösung.

  1. Rauschunterdrückung

Für einen optimalen Bildkontrast möchte man möglichst nah am Schwächungskoeffizienten des Kontrastmittels arbeiten. Im Fall von Jodkontrastmittel liegt die k-Kante bei 33 keV. „Wir möchten die niederenergetischen Photonen besser gewichten und gleichzeitig ein höheres Bildrauschen vermeiden“, so Kachelrieß. Eine retrospektive Evaluierung der Daten vor der Bildrekonstruktion erlaubt eine Verminderung des Bildrauschens. Die Photonen, die zu einem höheren Bildrauschen beitragen, können aus der Evaluierung ausgeschlossen werden.

Kachelrieß zeigte Bilder eines direkten Vergleichs zwischen energieintegriertem und photonenzählendem Detektor ohne Bildnachbearbeitung. Hier ergaben sich ein um 16% niedrigeres Rauschen bei wassergewichteten Bildern und ein um 41% vermindertes Rauschen bei Jodkontrast-Bildern. Gleichzeitig konnte 65% weniger Kontrastmittel eingesetzt werden.

Fazit

Photonenzählende Detektoren liefern eine höhere Auflösung und weniger Bildrauschen als Multi-Energy-CT. Dies führt insbesondere im Niederkontrastbereich zu einer höheren diagnostischen Bildqualität.

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