Photon Counting: Evolution in der Computertomografie

Photon Counting ist der (gar nicht mehr ganz so) neue Stern am Radiologiehimmel. Die Detektortechnologie wird in Computertomografen (CT) verbaut und hat die Bildgebung einen wesentlichen Schritt vorangebracht.

In den konventionellen Detektoren der CT werden die Röntgenstrahlen zuerst durch eine Szintillatorschicht in sichtbare Lichtsignale umgewandelt. Anschließend werden diese Lichtsignale von Photodioden in elektrische Stromsignale konvertiert, aus denen sich das Röntgenbild am Monitor ergibt. Der Unterschied beim Photon Counting liegt im verwendeten Detektormaterial: Es handelt sich um Halbleiter, genauer gesagt um Cadmium-Tellurit (CdTe) oder Cadmium-Zink-Tellurit-Kristalle (CdZiTe), die die Photonen der Röntgenstrahlung direkt auslesen und in elektrische Signale umwandeln. Der Detektor ist in der Lage, jedes einzelne der erzeugten Photonen zu erfassen und seine Energie zu messen. Damit bleibt das Signal im Photon Counting-CT immer und vollständig digital. So ist die Ausbeute der konvertierten Strahlung auch bei hochauflösenden Detektoren deutlich höher. Die ersten Scanner für den klinischen Einsatz mit CdTe-Detektoren sind seit 2018 auf dem Markt.

Vorteile

Aufgrund der direkten Umwandlung der Röntgenstrahlen arbeiten die photonenzählenden Detektoren (PCD) besonders effizient, was sich beispielsweise in einer höheren Ortsauflösung niederschlägt. Durch diese sehr hohe räumliche Auflösung lassen sich Strukturen mit einer deutlich besseren Detailschärfe erkennen. Das führt dazu, dass auch kleinste Strukturen wie Gefäße, feine Knochenstrukturen oder auch kleine fibrotische Lungenveränderungen oder Infiltrate sicher diagnostiziert werden können.

Ein weiteres Plus der PCD ist die 100-prozentige Dosiseffizienz. Sie führt neben der besseren Darstellung auch dazu, dass die Radiologen mit einer geringeren Strahlendosis arbeiten können, ohne dabei Einschränkungen in der Bildqualität befürchten zu müssen.

Die ersten in der klinischen Praxis eingesetzten CT mit Photon Counting-Technologie bestätigen die genannten Vorteile. Darüber hinaus versprechen sich verschiedene Experten, dass die neue Technologie zukünftig eine noch bessere Charakterisierung von Geweben ermöglichen und dadurch zu einer verbesserten Früh- und Differentialdiagnostik sowie einem optimierten Therapie-Response-Monitoring beitragen kann. Beispiele sind etwa die genauere Charakterisierung von Knochen oder Gefäßplaques. Das Photon Counting eröffnet auch der Forschung neue Möglichkeiten: Die hochaufgelösten Bilder liefern äußerst detailliertes Datenmaterial für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz und Radiomics-Analysen. Neben detaillierteren Bildern können mit Hilfe der Photon Counting-Technologie auch Informationen über Materialien gewonnen werden, die mit herkömmlichen Detektoren verborgen blieben. Sie ermöglichen eine spektrale Analyse der detektierten Röntgenstrahlung, welche z.B. die Differenzierung zwischen Koronarkalk und Kontrastmittel ermöglicht.

Beschränkungen

Den vielfältigen Vorteilen stehen heute keine Nachteile gegenüber. Es gibt allerdings doch einen Wermutstropfen: Da die Aufnahmen sehr viel detailreicher sind, produzieren sie auch eine Datenmenge, die um ein Vielfaches höher ist. Darauf muss die Computer- und IT-Infrastruktur einer Einrichtung vorbereitet sein. Nur entsprechend leistungsfähige Rechner sind in der Lage, die Aufnahmen in einer akzeptablen Zeit zu verarbeiten und zu rekonstruieren. Insbesondere die Verbindungen zum PACS und den jeweiligen Workstations sollten für große Datenmengen ausgelegt sein, um Verzögerungen bei der Verarbeitung zu vermeiden.

Fazit

Die Photon Counting-Technologie ist bereit für den klinischen Einsatz. Sie führt zu einer Steigerung der Effizienz und Qualität in der CT-Bildgebung. Bis es gelingt, die Detektoren kostengünstig und in guter Qualität herzustellen, werden sie ihre Stärken bei gezielten Fragestellungen und Indikationen zeigen – so wie bei unserem innovativen Brust-CT nu:view.