• Dual-Energy-CT

     

Grundlagen, Umsetzung und klinische Anwendung der Dual-Energy-CT

Die neuesten Computertomografen messen die Schwächung hoch- und niederenergetischer Röntgenquanten separat und erlauben so neben der Berechnung konventioneller Bilder die Erstellung vieler weiterer Rekonstruktionen. Die so zur Verfügung stehenden virtuell monoenergetischen Bilder, Jodkarten, virtuell nativen Bilder u. v. a. erhalten zunehmend Einzug in sämtliche Domänen der CT-Diagnostik.

Einleitung

Das Konzept der schnittbildtomografischen Bildgebung mit Röntgenstrahlung unterschiedlicher Energien gibt es seit der Einführung der CT in der 1970er-Jahren. Erste klinisch einsetzbare Scanner waren aber erst Mitte der 2000er-Jahre verfügbar. Heute stehen verschiedene technologische Konzepte zur Dual-Energy-CT (DECT) von verschiedenen Herstellern zur Verfügung. Die Abtastung mit 2 unterschiedlichen Energien erlaubt eine genauere Charakterisierung des untersuchten Objekts und somit Rückschlüsse auf dessen Zusammensetzung oder Beschaffenheit. Daher ermöglicht die DECT neben den seit Langem etablierten morphologischen Bildrekonstruktionen (konventionelle CT-Bilder) viele weitere Bildrekonstruktionen: Virtuell monoenergetische Rekonstruktionen bieten z. B. Vorteile hinsichtlich des Jodkontrastes in kontrastverstärkten Untersuchungen oder reduzieren Artefakte in Gegenwart orthopädischen Fremdmaterials. Darüber hinaus ist es mit jod- oder kalziumsupprimierten Bildrekonstruktionen möglich, Zufallsbefunde besser zu charakterisieren oder den Knochen diagnostisch genauer zu beurteilen. Neuartige Bildrekonstruktionen wie Jodkarten und Karten der Elektronendichte oder der effektiven Ordnungszahl liefern Informationen, die über die rein morphologische Bildgebung hinausgehen. Derartige multiparametrische DECT-Rekonstruktionen finden zunehmend Verwendung in sämtlichen Domänen moderner CT-Diagnostik.

Physikalische Grundlagen: Interaktion von Röntgenstrahlung mit Materie

Die Röntgendiagnostik beruht darauf, dass Röntgenstrahlen ein zu untersuchendes Objekt durchdringen und dabei geschwächt werden. Diese Schwächung wird registriert, wobei 2 physikalische Effekte von Bedeutung sind: der photoelektrische Effekt und der Compton-Effekt.

In der konventionellen CT-Diagnostik wird die totale Schwächung eines Spektrums von Röntgenstrahlen gemessen, d. h. sämtliche in einem Röntgenspektrum enthaltene Photonenenergien werden gemeinsam registriert. In der DECT hingegen wird die Schwächung von hoch- und niederenergetischen Photonen (weitgehend) unabhängig voneinander gemessen. So können Rückschlüsse auf den energieabhängigen, materialinhärenten Absorptionskoeffizienten gezogen werden. Auf diese Weise lassen sich die untersuchten Objekte genauer charakterisieren und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften gezielt identifizieren und quantifizieren (z. B. Jod oder Harnsäure). Ein typisches Beispiel hierfür ist die Separierung zwischen Knochen und jodhaltigem Kontrastmittel, die anhand der reinen CT-(Hounsfield-)Dichte nicht gelingt.

Technologische Umsetzung

Grundsätzlich lassen sich emissions- und detektorbasierte Ansätze zur DECT unterscheiden. Dabei steht entweder die sowohl räumlich als auch zeitlich simultane Abtastung eines Untersuchungsobjekts mit 2 verschiedenen Energien im Vordergrund (emissionsbasierte Ansätze) oder die sowohl räumlich als auch zeitlich simultane Registrierung der Schwächung hoch- und niederenergetischer Photonen (detektorbasierte Ansätze).

Die verschiedenen Konzepte unterscheiden sich hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Simultanität und der Überschneidung der 2 Spektren. Durch eben diese Unterschiede ergeben sich Konsequenzen hinsichtlich der Nachbearbeitung der Untersuchungsdaten. Neben konventionellen Bildern stehen grundsätzlich folgende Rekonstruktionen zur Verfügung:

  • virtuell monoenergetische Bilder
  • virtuell native Bilder
  • Jodkarten
  • Harnsäurekarten
  • Zeff-Karten zur Illustrierung der effektiven Ordnungszahl
  • weitere, bislang vor allem experimentell verwendete Rekonstruktionen
  • kalziumsupprimierte Bilder
  • Elektronendichtekarten
  • und andere

Lesen Sie den gesamten Beitrag hier: Grundlagen, Umsetzung und klinische Anwendung der Dual-Energy-CT

Aus der Zeitschrift: Radiologie up2date 04/18

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