Universität zu Köln

Stoll, Rico (2024). Vergleich der automatisierten Längenmessung und Volumetrie von Nierensteinen vom Photon-Counting-CT zum Dual-Energy-CT der 3. Generation und Korrelation mit physisch gemessenen Steinparametern. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Hintergrund: Die Urolithiasis stellt heutzutage eine der bedeutendsten Erkrankungen weltweit dar, das Lebenszeitrisiko für eine Erkrankung liegt bei 12 % für Männer und 6 % für Frauen. Von daher ist eine zielgerichtete Diagnostik unabdingbar. Das PCCT ist eine neue Entwicklung in der Computertomographie(CT)-Detektortechnologie und scheint dem DECT mit herkömmlicher Detektortechnologie bei der Diagnose von Harnsteinen bei minimaler Strahlendosis nicht unterlegen zu sein. Das PCCT wandelt Photonen direkt in ein elektrisches Signal um, was eine höhere räumliche Auflösung und das Potenzial für eine reduzierte Strahlenexposition bietet. Trotz nachgewiesener Vorteile in verschiedenen Anwendungen, wie der Herzdiagnostik, fehlen derzeit vergleichende Studien zur Performance der PCCT bei Harnsteinen. Daher war das Ziel dieser Ex-vivo-Studie, ein neu entwickeltes Photon-Counting-CT (PCCT) und ein klinisch bereits etabliertes Dual-Energy-CT (DECT) der 3. Generation bezüglich der Erkennung und Vermessung (Steinlängen und -volumina) von Harnsteinen mit bekannter Geometrie zu vergleichen, welche vorab physisch vermessen und als Referenzwerte (Goldstandard) definiert wurden. Methoden: Hierfür wurde eine umfassende Auswahl von 143 Harnsteine von zwei Untersuchern physisch mittels eines digitalen Messschiebers zur Längenbestimmung und der Wasserverdrängungsmethode zur Volumenbestimmung vermessen. Diese Messungen wurden als Referenzwerte definiert. Die chemische Zusammensetzung wurde mittels Infrarotspektrometrie (Paragon 1000PC, PerkinElmer, Shelton, USA) im Deutschen Harnsteinzentrum Bonn analysiert, welches die Harnsteine für die Studie zur Verfügung gestellt hat. Anschließend wurden diese Harnsteine in einem Abdomenmodell (QSA-269, hergestellt 2011, QRM GmbH, Möhrendorf, Deutschland) platziert und mittels DECT und PCCT gescannt. Für jeden Scan wurden 5 Harnsteine in ein Stück Schweinefleisch platziert, eingeschweißt, vakuumversiegelt, in die Mitte des Abdomenmodells gelegt und von Wasser umgeben. Die CT-Scans wurden von zwei erfahrenen Ärzten (Facharzt für Urologie mit 9 Jahren Berufserfahrung, Fachärztin für Radiologie mit 14 Jahren Berufserfahrung) befundet. Zusätzlich erfolgte eine automatisierte Analyse zur Steinerkennung mittels der Software syngo.via (syngo.CT DE Calculi Characterization VB60, Siemens Healthineers, Forchheim, Deutschland). Zur Berechnung des manuellen Volumens wurde die Volumenformel eines Ellipsoids verwendet. Diese Referenzwerte wurden mithilfe der Pearson-Korrelation mit automatisierten und manuellen CT-Messungen korreliert und als Bland-Altman-Diagramme visualisiert. Die Sensitivität wurde mithilfe von Kreuztabellen berechnet. Dose Length Product (DLP) und Computed Tomography Dose Index (CTDI) wurden mithilfe eines t-Tests für unabhängige Stichproben verglichen. Ein p-Wert von <0,05 wurde als Indikator statistischer Signifikanz betrachtet. Statistische Berechnungen wurden mithilfe der Software „Statistical Package for the Social Sciences 28“ (SPSS Statistics Version 28.0.1.1, IBM Corp., Armonk, NY) durchgeführt. Ergebnisse: DECT und PCCT zeigten eine hohe Sensitivität für die manuelle Steinerkennung von 97,9 % bzw. 94,4 % und für die automatische Steinerkennung von 93,0 % bzw. 87,4 %. Harnsäure- und Xanthinsteine wurden durch das DECT und das PCCT im Rahmen der manuellen Steinerkennung (93,3 % und 82,2 %) und bei der automatischen Steinerkennung (77,8 % und 60,0 %) etwas schlechter erkannt. Alle anderen Steinentitäten wurden zu 100 % erkannt, sowohl in der manuellen als auch in der automatischen Messung. Der mittlere maximale Referenzdurchmesser betrug 6,3 mm (2,5–22,8 mm) und das mittlere Referenzvolumen 125,0 mm³ (10–3825 mm³). Beim Vergleich des maximalen Durchmessers des mittleren Referenzwerts und der DECT-Messung zeigte sich eine Pearson-Korrelation von 0,96 (p<0,001) für die manuelle und 0,97 (p<0,001) für die automatische Messung. Beim Vergleich des Referenzwertes mit der Messung des PCCT zeigte sich eine Pearson-Korrelation von 0,94 (p<0,001) für die manuelle und 0,97 (p<0,001) für die automatische Messung. Beim Vergleich der Referenzwerte der Steinvolumina zeigten sowohl das DECT als auch das PCCT bei der manuellen und der automatischen Messung eine Pearson-Korrelation von jeweils 0,99 (p<0,001). Der mittlere CTDI für alle DECT-Scans betrug 4,46 mGy (4,37 – 4,55 mGy) und für PCCT 0,84 mGy (0,83–0,85 mGy). Der mittlere DLP für alle DECT-Scans betrug 61,46 mGy*cm (60,10–63,4 mGy*cm) und für PCCT 22,52 mGy*cm (21,90–23,00 mGy*cm). Im Vergleich zu DECT zeigte PCCT eine signifikante Reduzierung von CTDI und DLP (p<0,001). Schlussfolgerung: Beide CTs zeigten im Vergleich zu den Referenzwerten bei der Steinerkennung, Längenmessung und Volumetrie vergleichbare Ergebnisse. Die automatische Messung neigt dazu, den maximalen Durchmesser zu unterschätzen. Bei der Erkennung von Xanthin- und Harnsäuresteinen zeigte sich das DECT im Vergleich zum PCCT etwas überlegen. Allerdings muss in diesem Kontext erwähnt werden, dass das DECT eine fünfmal höhere Strahlendosis als das PCCT benötigt hat. Diese vielversprechenden Ergebnisse sollten in weiteren In-vivo-Studien bestätigt werden, insbesondere mit dem Ziel der Optimierung von Strahlendosis, Steinerkennung und Steindifferenzierung mittels des PCCT.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Stoll, Rico rico.stoll@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-749933
Date:	2024
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Urologie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Urolithiasis German Computertomographie German Photon-counting CT English Third generation CT English Automatische Volumetrie German Nierensteine German
Date of oral exam:	10 December 2024
Referee:	Name Academic Title Nestler, Tim Privatdozent Dr. med. Haneder, Stefan Professor Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/74993