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Abschlussbericht

Eine große Herausforderung in der modernen Computertomographie (CT) stellt die Bildgebung des Herzens und von dynamischen Prozessen dar. Dabei ist das Hauptproblem, dass sich das Objekt während der Aufnahme verändert oder bewegt, weswegen die klassischen Ansätze der tomographischen Rekonstruktion streng genommen nicht verwendet werden können. In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung wird durch Prof. Katsevich gezeigt, dass mit Hilfe der Lokalen Tomographie (LT) akzeptable Bilder aus einem durch Bewegung gestörten Rohdatensatz rekonstruiert werden können.

Durch die Anwendung des Algorithmus LT auf herkömmliche CT Daten wird ein Bild erzeugt, das ähnlich einem Gradientenbild, also mit hervorgehobenen Kanten ist. Der Hauptvorteil der LT gegenüber einer herkömmlichen CT Rekonstruktion ist, dass keine Messdaten außerhalb der zu rekonstruierenden Region benötigt werden. Beispielsweise genügt es in der Herz-CT, wenn nur das Herz durchstrahlt wird, die Außenbereiche sind nicht notwendig. Dies schlägt sich in einer geringeren Dosis für den Patienten nieder. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn wiederholte Aufnahmen benötigt werden, da bereits eine einzelne Aufnahme eine nennenswerte Strahlendosis für den Patienten bedeutet. Ein weiterer Vorteil der LT ist, dass die LT unempfindlich gegenüber Rauschen, Bewegung und Inkonsistenzen in den Daten ist. Die Herz-CT ist eine der möglichen Anwendung für die LT. Oftmals geht es in der Herz-CT darum, Verengungen in den Koronararterien zu diagnostizieren. Dabei sind vor allem die Begrenzungen der Gefäße und deren Verengungen interessant und dass diese sicher identifiziert werden können. Eine unregelmäßige Form der Verengung des Blutgefäßes ist dabei ein Indikator für einen so genannten Plaque. In der vorliegenden Veröffentlichung wurde die LT an simulierten Daten getestet.

In diesem BaCaTeC-Projekt wurde die LT an klinischen Daten erprobt. Das Institut für Medizinische Physik in Erlangen stellte dafür Prof. Katsevich einen Datensatz zur Verfügung, um seinen Algorithmus zu erproben. Die Daten wurden im klinischen Alltag mit einem aktuellen Kegelstrahl-CT Gerät, einem Siemens SOMATOM Definition Flash gemessen. Das besondere an diesem Gerät sind die zwei senkrechten Aufnahmesysteme. Hiermit ist es einerseits möglich, die Ortsauflösung zu erhöhen. Andererseits kann hieran auch die Möglichkeit gezeigt werden, wie Dosis gespart werden kann. Das zweite Aufnahmesystem hat eine eingeschränkte Abdeckung des Detektors, woraus eine geringere Dosis in den nicht aufgenommenen Bereichen resultiert. Bis jetzt ist jedoch der erste Detektor mit seiner vollständigen Abdeckung für die Signalverarbeitung während der Rekonstruktion notwendig. Dies kann dich durch die Nutzung der LT ändern, da diese Strahlen dann nicht mehr notwendig sind und somit auch nicht mehr gemessen werden müssen.

Der hier vorgestellte Datensatz wurde mittels eines Sequence Protokolls mit prospektiven EKG-Triggerung und einem Kontrastmittel aufgenommen. Die Röhrenspannung betrug 100 kV und die Gantry benötigte für eine Umdrehung 300 ms. Die durchschnittliche Pulsrate des Patienten betrug 59 bpm. Die ganze Aufnahme mit ihren insgesamt vier aufeinanderfolgenden Kreisaufnahmen dauerte 6,3 s. Dabei betrug das Stromzeitprodukt der kompletten Aufnahme 408 mAs. Für die Aufnahme wurden beide Systeme verwendet, für die Rekonstuktion während dieser Studie wurden jedoch nur die Daten eines Aufnahmesystems genutzt.

Im Folgenden wurde jeweils eine Schicht mit zwei Algorithmen rekonstruiert. Die linke Schicht zeigt die Standardrekonstruktion. Die rechte Schicht wurde mit dem Algorithmus, der auf der LT basiert, rekonstruiert.

Beim Vergleich der beiden Schichten ist erkennbar, dass die Formen im LT-Bild erhalten bleiben. Dies sollte auch noch mit einer erheblich gesenkten Dosis möglich sein , wodurch sich die LT auch für eine Reihenuntersuchung von Risikopatienten (beispielsweise Patienten denen kürzlich ein Stent implantiert wurde und die daher ein hohes Risiko für eine Restenose haben oder Patienten mit Risikofaktoren in der Familie) eignet. Von einer phasenkorrelierten  Rekonstruktion beider Aufnahmesysteme versprechen wir uns eine weitere Steigerung der zeitlichen Auflösung und der Bildqualität beim bewegten Herzen.

Unsere Ergebnisse zeigen eine gute Eignung der LT, vor allem wenn zukünftig Bilder mit einer niedrigen Dosis, als heutzutage aufgenommen werden. Eine Überwachung von Patienten mit hohen Risikofaktoren wird dann für den Patienten wesentlich schonender möglich. Um den Nutzen und das ganze Potential für die medizinische Diagnose für Arzt und Patienten zu ermitteln sind jedoch noch weitere Forschungen und Studien notwendig.