Low-Dose Bildverarbeitung und Dokumentation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Computertomographie (CT) wird aufgrund schneller und präziser Diagnosen immer häufiger eingesetzt. Das bedeutet neben einer Verbesserung von diagnostischen Möglichkeiten und konsekutiv auch von Therapieabläufen aber auch eine vermehrte Strahlenexposition der Bevölkerung aus medizinischem Grund. Zur Reduktion der Strahlenexposition wird die Hard- und zunehmend auch die Software von CT-Geräten laufend verbessert. Insbesondere die Auswirkungen von Bildberechnungsalgorithmen stellen einen gegenwärtigen Forschungsgegenstand dar. Lange etabliert ist die gefilterte Rückprojektion (FBP) und die Hersteller bieten zwei Gruppen von verbesserten Bildberechnungsalgorithmen an: IR_1: Verfahren, welche anhand von statistischen Rauschmodellen schrittweise das Bildrauschen zu reduzieren und dabei versuchen die realen Gewebeinhomogenitäten zu erhalten. IR_2: Verfahren, welche zusätzlich weitere physikalische Einflussfaktoren der Exposition berücksichtigen. Beispiele hierfür sind mechanische, geometrische oder strahlenoptische Eigenschaften. Eine verbesserte Bildqualität könnte verwendet werden um die diagnostische Genauigkeit auf heute schon hohem Niveau möglicherweise noch weiter zu verbessern oder alternativ um die Strahlungsexposition soweit zu reduzieren bis die bisherige Bildqualität erhalten bleibt. Auch Mischformen sind denkbar. Ziel war es, Vertreter von IR_1 und IR_2 daraufhin zu beforschen, ob und ggf. in welchem Umfang damit im Vergleich zu FBP (1) eine Dosisreduktion einzelner Untersuchungen möglich ist und wie sich (2) dieser Effekt durch konsequente Überwachung und Dokumentation der Strahlenexposition in der Summe aller Patienten, also im Kollektiv bestätigen lässt. Neuere CT-Geräte bieten bereits beim Kauf optional Verfahren zur iterativen Bildberechnung an, die meist vom Typ IR_1 sind. Im Rahmen von Vorarbeiten wurde IR_1 mit FBP an Phantomen und für Anwendungen an Schädel, Hals, Brust- und Bauchraum sowie Ganzkörperuntersuchung verglichen, eine Forschungsumgebung für das bewilligte Forschungsgerät vom Typ IR_2 aufgebaut und wie für IR_1 verwendet. Hauptergebnisse zu Ziel (1); (falls nicht anders angegeben immer im Vergleich zu FBP): Endoleak-Phantom: IR_1 erlaubte eine Reduktion der Strahlendosis um 15%, IR_2 um 73%. Tiermodell: Für die Detektion von Body-Packs von Drogenkurieren genügten mit IR_1 40% der Röntgendosis und 10% der Standard-CT-Dosis. Kadaverstudie: Für den Thorax erlaubte IR_2 die Reduktion der Dosis auf 20% derjenigen von IR_1. Schädel: IR_2 erhöhte im Vergleich zu IR_1 grundsätzlich den Kontrast um bis zu 40 Prozent und verminderte die Artefakte in der diagnostisch herausfordernden hinteren Schädelgrube signifikant. Halswirbelsäule: IR_1 erlaubte eine Dosisreduktion um etwas mehr als 50% in die Größenordnung der HWS-Radiographie in drei Ebenen. Schulter: Der Effekt von IR_1 zeigte eine signifikante Abhängigkeit vom Body-Mass-Index. Thorax: IR_1 erlaubte eine Dosisreduktion um etwas mehr als 50%. IR_2 erlaubte die diagnostische CT mit weniger als einem Millisievert. Abdomen: IR_1 erlaubte eine Dosisreduktion um 30%. Bei gleicher Dosis reduzierte IR_2 das Bildrauschen um 18 -47% der Werte von IR_1. Ganzkörper: IR_1 erlaubte eine Dosisreduktion um 30%. IR_1 bedeutete einen Zusatzaufwand von etwa einer Minute, wogegen IR_2 aufgrund von Berechnungszeiten zwischen 30 und 60 Minuten für die Akutdiagnostik nicht verwendbar war. Die Erreichung von Ziel (2) war im Berichtszeitraum nicht möglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Emergency CT head and neck imaging: Effects of swimmer's position on dose and image quality. Eur Radiol. 2014 May;24(5):969-79
Mück F, Rösch S, Geyer L, Scherr M, Seidenbusch M, Stahl R, Deak Z, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00330-014-3105-1) - Endoleak and in-stent thrombus detection with CT angiography in a thoracic aortic aneurysm phantom at different tube energies using filtered back projection and iterative algorithms. Radiology. 2014 May;271(2):574-84
Deak Z, Grimm J, Mück F, Geyer L, Treitl M, Reiser MF, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1148/radiol.13130740) - Importance of multidetector CT imaging in multiple trauma. Radiologe. 2014 Sep;54(9):861-71
Linsenmaier U, Geyer LL, Körner M, Reiser M, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00117-013-2634-y) - Iterative image reconstruction techniques: cardiothoracic computed tomography applications. J Thorac Imaging. 2014 Jul;29(4):198-208
Cho YJ, Schoepf UJ, Silverman JR, Krazinski AW, Canstein C, Deak Z, Grimm J, Geyer LL
(Siehe online unter https://doi.org/10.1097/RTI.0000000000000041) - How Low Can We Go in Contrast-Enhanced CT Imaging of the Chest?: A Dose-Finding Cadaver Study Using the Model-based Iterative Image Reconstruction Approach. Acad Radiol. 2015 Mar;22(3):345-56
Mueck FG, Roesch S, Scherr M, Fischer F, Geyer L, Peschel O, Maxien D, Grabherr S, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.acra.2014.10.008) - Image quality of iterative reconstruction in cranial CT imaging: comparison of model-based iterative reconstruction (MBIR) and adaptive statistical iterative reconstruction (ASiR). Eur Radiol. 2015 Jan;25(1):140-6
Notohamiprodjo S, Deak Z, Meurer F, Maertz F, Mueck FG, Geyer LL, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00330-014-3374-8) - Dose reduction in 64-row whole-body CT in multiple trauma: an optimized CT protocol with iterative image reconstruction on a gemstone-based scintillator. Br J Radiol. 2016 Feb 8:20160003
Geyer LL, Körner M, Harrieder A, Mueck FG, Zsuzsanna D, Wirth S, Linsenmaier U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1259/bjr.20160003) - Submillisievert Computed Tomography of the Chest Using Model-Based Iterative Algorithm: Optimization of Tube Voltage With Regard to Patient Size. J Comput Assist Tomogr. 2017 Mar/Apr;41(2):254-262
Deák Z, Maertz F, Meurer F, Notohamiprodjo S, Mueck F, Geyer LL, Reiser MF, Wirth S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1097/RCT.0000000000000505)
