Bildquelle: Siemens Healthineers

Auf direktem Weg zu höherer Bildschärfe

Die Entwicklung neuer, immer leistungsfähigerer Computertomographen gehört für Siemens Healthineers im Grunde zum Tagesgeschäft – doch bei der Vorstellung ihres neuesten CT-Systems ist den Erlangern anzumerken, dass sie diesmal noch ein bisschen stolzer sind als sonst. Der photonenzählende Detektor im neuen Scanner ‚Naeotom Alpha‘ macht einiges anders als frühere Modelle und sorgt für bislang unerreichte Detailgenauigkeit.

Philipp Wolber, Global Product Marketing Manager Photon-Counting CT bei Siemens Healthineers, erklärt im Gespräch, wie die neue Technik funktioniert, welche Vorteile sich daraus für Kliniker ergeben und welche Zukunft sich das Unternehmen für die photonenzählende CT erhofft.

Nicht weniger als eine neue Ära der Computertomographie soll der Naeotom Alpha einläuten, wie Siemens Healthineers anlässlich der FDA-510k-Zertifizierung des Systems verlauten lässt. Neben der US-Behörde gab auch das europäische Pendant bereits grünes Licht in Form einer CE-Kennzeichnung, so dass der Weg in diese Märkte nun frei ist. Wolber erläutert, warum die neue Technik ein derartiger Gamechanger ist: „Ein Problem heutiger CT-Scanner ist, dass ein großer Teil der in den Röntgenstrahlen enthaltenen Informationen vom Detektor überhaupt nicht verarbeitet wird.“ Im Gegensatz dazu ermöglicht die neue Technologie die Zählung und Auswertung jedes einzelnen Röntgenphotons – die Datenausbeute ist ungleich höher. In der Praxis bedeutet das: höherer Kontrast, schärfere Bilder und damit mehr klinisch relevante Informationen.

Kristalline Abkürzung

Doch wie funktioniert das? Vereinfacht gesagt holt die neue Technik mehr aus den Röntgenstrahlen heraus. Denn die detaillierten Informationen sind ursprünglich in den Photonen eines CT-Scans enthalten – doch herkömmliche Detektoren nehmen einen Umweg: Zunächst werden die eintreffenden Strahlen in sichtbares Licht umgewandelt und dann von einem Photosensor in ein Bild übersetzt. „Bei diesem zweistufigen Prozess gehen Teile der enthaltenen Informationen verloren“, erklärt Wolber. Deshalb setzt die neue Technik auf direkte Konversion: ein spezieller Halbleiter wandelt die Photonen in elektrische Signale um, die ohne Informationsverlust digital ausgewertet werden können. „Die Daten, die auf diesem Weg gewonnen werden, stellen eine völlig neue Dimension dar“, zeigt sich der Experte begeistert.

Der neue Detektor, der diesen Qualitätssprung möglich macht, ist bestückt mit einer Schicht aus Cadmiumtellurid-Einkristall (CdTe). Dessen Herstellung ist ein komplexer Vorgang, da die Kristalle in einem speziellen Verfahren gezüchtet werden müssen. Das dafür notwendige Wissen eignete sich Siemens Healthineers in Partnerschaft und späterer Akquisition der japanischen Firma Acrorad an. „Wir sind sehr stolz auf das neue CT-System“, betont Wolber. „Dieses Gerät stellt das Resultat von mehr als 15 Jahren Forschung und Entwicklung dar.“

Links: Naeotom Alpha kombiniert erstmals Dual Source- und Photonenzählende Bildgebung: Die zeitliche Auflösung der dualen Quelle ermöglicht es, Patienten bei jeder Herzfrequenz zu scannen. Der zusätzliche Photon-Counting-Detektor ermöglicht spektrale Informationen und eine hohe Auflösung. Durch die Einführung der spektralen Bildgebung in die Gefäße wird der Blick auch durch Kalzifizierung nicht verstellt.
Rechts: Unterschiedliche Scan-Parameter sowie Veränderungen im Habitus des Patienten sind Faktoren, die zu Inkonsistenzen bei den Messungen führen und möglicherweise die Bewertung des Tumoransprechens während der Behandlung beeinflussen können. Die standardmäßigen monoenergetischen Bilder, die Naeotom Alpha bei jedem Scan liefert, ermöglichen es dem Radiologen, Quellen der Ungenauigkeit zu beseitigen.

Tumoren lassen sich dank neuer Technik besser als solche erkennen. Aber auch bei der Lokalisation kleinster Frakturen im muskuloskelettalen Bereich oder in der Darstellung der Lungenanatomie bringt dieses Verfahren klare Vorteile
Philipp Wolber

Das Potenzial der Detektortechnologie wird aktuell bereits an 20 Standorten in ganz Europa ausgelotet. Wolber: „Hier zeigt sich, welchen Mehrwert der neue CT im tatsächlichen Klinikbetrieb erbringt.“ Aus dem bisherigen Feedback der Radiologen lässt sich ablesen, dass die Technik im Klinikalltag einen tatsächlichen Mehrwert bringt: „Viele Kliniker waren überrascht, welche zusätzlichen Details sie plötzlich erkennen konnten.“ Die höhere räumliche Auflösung erlaubt den Blick auf anatomische Strukturen, die vorher per CT-Bildgebung schlicht nicht zu erkennen waren. „Davon profitiert beispielsweise die Onkologie, denn Tumoren lassen sich dank neuer Technik besser als solche erkennen. Aber auch bei der Lokalisation kleinster Frakturen im muskuloskelettalen Bereich oder in der Darstellung der Lungenanatomie bringt dieses Verfahren klare Vorteile.“ Das betrifft in erster Linie die diagnostische Konfidenz: Durch das bessere Bild kann eine zugrunde liegende Pathologie zuverlässiger eingeordnet werden – zusätzliche Tests zur Abklärung werden damit in vielen Fällen überflüssig.

Detailgewinn bringt klinische Vorteile

Damit der photonenzählende Detektor seine Trümpfe ausspielen kann, wurde ein neues Systemkonzept entwickelt, das den neuen Anforderungen der Technologie entspricht: „Verglichen mit bisherigen CTs liefert der neue Detektor ein Vielfaches an Rohdaten – etwa das Acht- bis Zehnfache von dem, was in aktuellen High-End-Geräten generiert wird“, so Wolber. Eine zentrale Herausforderung bestand darin, diese Datenmenge in praxistauglicher Zeit in Bilddaten umzuwandeln – eine Aufgabe, mit der frühere Systeme heillos überfordert wären. Die Entwickler schufen daher eine sogenannte „coupled coax“-Technologie, die die Daten mit hoher Übertragungsrate vom Detektor aus der Gantry in den Bildrekonstruktionsrechner leitet. Im nächsten Schritt wurden die verarbeitenden Algorithmen optimiert, um dem höheren Datendurchsatz gewachsen zu sein.

Darstellung der Lunge eines Post-Covid Patienten mit quantenzählender CT. Die quantenzählende CT ermöglicht die gleichzeitige Erfassung und Darstellung detaillierter Strukturen (Mitte) in Kombination mit funktionellen Informationen (rechts). Zum Vergleich eine Aufnahme mit konventioneller CT-Technologie (links).

Schnell oder detailliert? Das Ende der Kompromisslösung

Die zusätzliche Rechenleistung, die im neuen CT verbaut ist, beendet auch die bisherige Qual der Wahl, nämlich zwischen hoher zeitlicher Auflösung, wie sie etwa bei Herz-Untersuchungen benötigt wird, und der Verfügbarkeit spektraler Bildinformation entscheiden zu müssen. „Hier mussten Radiologen bisher immer einen Kompromiss eingehen – jetzt sind sämtliche Daten bei jedem Scan enthalten.“

Weil auf den analogen Zwischenschritt über sichtbares Licht verzichtet wird, erhöht sich zudem die sogenannte HU-Stabilität: Die Intensität der Hounsfield Units wird verlässlicher erfasst – das verbessert zum einen die Bildqualität, öffnet zum anderen aber auch die Tür zur dosisreduzierten Bildgebung.

Als erstes System, das mit derart hochentwickelter Technik ausgestattet ist, richtet sich der neue CT zunächst an spezialisierte Zentren mit komplexen radiologischen Fragestellungen. Perspektivisch kann sich Wolber jedoch vorstellen, dass photonenzählende Detektoren auch den Weg in die Breite finden und irgendwann bisherige CT-Detektoren ganz ablösen könnten.

16.11.2021

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