Universität zu Köln

Flatten, Daniela ORCID: 0000-0001-5257-3693 (2024). Virtuell monoenergetische Bilder der Spektral-Detektor Computertomographie ermöglichen eine Dosisreduktion in der nativen kranialen Computertomographie Bildgebung. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In der Arbeit „Virtual monoenergetic Images from spectral detector CT enable radiation dose reduction in unenhanced cranial CT” wurden native Spektral-Detektor Computertomographie Aufnahmen (computed tomography, CT) des Schädels als 65 keV virtuell monoenergetische Bilder (virtual monoenergetic images, VMI) (Kiloelektronenvolt, keV) rekonstruiert und gegenüber konventionellen Bildern (conventional images, CI) untersucht, ob eine Strahlendosisreduktion bei gleichbleibender Bildqualität möglich ist. Insbesondere wurde bei diesem Vergleich auf die Differenzierbarkeit zwischen der grauen und der weißen Substanz des Hirngewebes geachtet sowie auf das Auftreten von Aufhärtungsartefakten in der hinteren Schädelgrube. Zu diesem Zweck wurden 140 Patienten im Alter von 55,8 Jahren  18,6 Jahren retrospektiv in die Studie eingeschlossen, die zwischen Februar und November 2017 insgesamt 171 native Schädel-CT-Aufnahmen erhalten hatten. Innerhalb dieses Zeitraums wurde das Röhrenstrom-Zeit-Produkt reduziert, wobei alle anderen Scanparameter gleich gehalten wurden (Schichtdicke: 1mm, Röhrenspannung: 120kV, Pitchfaktor: 0.36, Rotationszeit: 0,33 Sekunden, und Kollimation 64 x 0,625). Durch die schrittweise Reduktion des Röhrenstrom-Zeit-Produktes von 320 mAs auf 290 mAs bis auf 260 mAs, konnten die Patienten in Nachhinein in drei Gruppen von 61, 55 und 55 Personen aufgeteilt werden. Die so akquirierte Aufnahme wurde mittels einer Hybrid-iterativen Rekonstruktion (iDose, Phillips Healthcare, Best, Niederlande) (hybrid iterativ reconstruction, H-IR) zu CI rekonstruiert. Des Weiteren wurde VMI65keV rekonstruiert, um sie mit den CI vergleichend zu untersuchen. Zur quantitativen Analyse wurden ROIs (Regions of Interest, Bereich von Interesse) in Strukturen, die im Vorfeld definiert wurden, in CI gelegt und danach an die exakt gleiche Stelle in VMI65keV kopiert. Es wurde eine axiale Schicht ausgewählt, die die Basalganglien zeigte. Dort wurden die ROIs wie folgt platziert: (a) in der kortikalen grauen und weißen Substanz im Frontallappen, (b) in der juxtakortikalen weißen Substanz des Frontal- und des Parietallappens, (c) dem Parenchym des Thalamus, (d) im hinteren Anteil der Capsula interna und (e) nahe dem Schädelknochen. In einer weiteren axialen Schicht, die eine repräsentativen Anteil des Felsenbeins zeigte, wurde ein weiterer ROI sowohl in die Medulla oblongata und in die hintere Schädelgrube gelegt. Dies diente dazu, sicherzustellen, dass der identische Bereich untersucht wurde. Aus den so erhobenen Daten konnten das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (Contrast-to-Noise ratio, CNR) zwischen der grauen und der weißen Substanz bestimmt werden. Das CNR dient der quantitativen Beschreibung der Bildqualität von CT-Untersuchungen und kann somit objektivieren, inwieweit eine Reduktion der Strahlendosis sinnvoll ist. Auch das Dosislängenprodukt (dose-length-product, DLP) und der volumetrische CT-Dosisindex (volumetric computed tomography dose index, CTDIvol) wurden erhoben. Zwei Radiologen mit Erfahrung in der neuroradiologischen Diagnostik führten die qualitative Analyse anhand einer 5-Punkte Likert-Skala durch, wobei die von ihnen beurteilten Bilder bezüglich ihrer Rekonstruktionstechnik verblindet waren. Zu beurteilen war die Differenzierung zwischen grauer und weißer Substanz in den Basalganglien, im supra- und infratentoriellen Kortex sowie im Bereich nahe dem Schädelknochen. Weiterhin wurde das Auftreten von Aufhärtungsartefakten in der hinteren Schädelgrube bewertet. Es zeigte sich, dass das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis bei VMI65keV, unabhängig vom volumetrischen CT-Dosisindex, signifikant höher war als bei CI. Auch das Bildrauschen zeigte sich signifikant geringer, was zu einer besseren Bildqualität der Aufnahmen bei einer gleichzeitig geringen Strahlendosis führte. In der qualitativen Analyse zeigte sich ebenfalls die Überlegenheit vom VMI65keV. Die Differenzierung zwischen der grauen und der weißen Substanz und das Bildrauschen wurden über alle untersuchten Bereiche des Gehirns hinweg besser bewertet als bei CI. Auch die vom Knochen in der hinteren Schädelgrube resultierenden Aufhärtungsartefakte hatten einen geringeren Einfluss auf die diagnostische Beurteilbarkeit. Das retrospektive Studiendesign sowie die kleine Kohorte an untersuchten Patienten stellten sich als Limitationen für die Studie heraus. Die Studie zeigte, dass durch die Absenkung des Röhrenstrom-Zeit-Produkts auf 260mAs und unter Verwendung von VMI65keV eine Dosisreduktion um 18,7 % erreicht werden konnte. Die Ergebnisse implizieren, dass eine noch größere Reduktion der Strahlendosis möglich wäre, dies aber aufgrund des retrospektiven Designs nicht umgesetzt werden konnte. Nachfolgende Studien sind nötig, um zu evaluieren, inwieweit die Strahlendosis in nativen Schädel-CTs weiter reduziert werden kann, um somit die Patientensicherheit zu erhöhen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Flatten, Daniela UNSPECIFIED orcid.org/0000-0001-5257-3693 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-742042
Date:	2024
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Radiologische Diagnostik > Institut und Poliklinik für Radiologische Diagnostik
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Spektral Detektor Comutertomographie UNSPECIFIED Dual Energy CT UNSPECIFIED Virtuell monoenergetische Bilder UNSPECIFIED
Date of oral exam:	28 October 2024
Referee:	Name Academic Title Große Hokamp, Nils Prof. Dr. Dr. med. Abdullayev, Nuran Priv.- Doz. Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/74204