Entwickler des ersten quantenzählenden CT für Deutschen Zukunftspreis nominiert

Mit einem völlig neuartigen Systemkonzept und einer bahnbrechend neuen Detektortechnologie bereiten die CT-Experten den Weg für eine neue Ära der Computertomographie, die die Grundlage vieler medizinischen Entscheidungen bildet. Mithilfe der revolutionären Bilder quantenzählender CTs werden mehr Menschen in aller Welt von präziseren und schonenderen Untersuchungen bei niedriger Strahlen- und Kontrastmitteldosis profitieren – in der Onkologie und bei der Herz-Diagnostik ebenso wie etwa bei der Verlaufskontrolle bei Covid-19 oder anderen Lungenerkrankungen. Der Deutsche Zukunftspreis ist eine der höchsten deutschen Auszeichnungen für Technik und Innovation und wird am 17. November 2021 von Bundespräsident Dr. Frank-Walter Steinmeier in Berlin verliehen.

„Gemeinsam mit dem ganzen Team von Siemens Healthineers freue ich mich über die Nominierung drei unserer führenden CT-Experten für den Deutschen Zukunftspreis. Mit dem quantenzählenden Computertomographen öffnen sie neue Horizonte für die medizinische Bildgebung. Ihre Nominierung ist eine große Ehre für unser gesamtes Unternehmen und zugleich ein Beleg für unsere nachhaltigen Investitionen in Innovation“, sagte Dr. Bernd Montag, CEO Siemens Healthineers. Das Unternehmen investierte im Geschäftsjahr 2020 rund 1,35 Milliarden Euro in Forschung und Entwicklung, mehr als 10.000 Mitarbeitende sind in diesem Bereich tätig. Siemens Healthineers hält derzeit mehr als 22.000 technische Schutzrechte, davon 14.000 Patente.

Innenleben eines Computerthomographen von Siemens Healthineers

Bildquelle/Copyright: Deutscher Zukunftspreis/Ansgar Pudenz

Die Computertomographie ist aus der modernen Medizin nicht wegzudenken, um Erkrankungen schnell zu erkennen. Allein in Deutschland werden jedes Jahr rund 12 Millionen CT-Scans durchgeführt. Dennoch gibt es Krankheiten, bei denen die bisherige CT-Untersuchung keine eindeutige Diagnose liefert. Und bei manchen Erkrankten kommt ein CT-Scan wegen Bedenken aufgrund der Röntgenstrahlung oder jodhaltiger Kontrastmittel nicht in Betracht. Die quantenzählende CT überwindet all diese Einschränkungen.

Herzstück ist ein neuer quantenzählender Detektor aus Cadmium-Tellurid (CdTe), der gegenüber herkömmlichen CT-Detektoren einen entscheidenden Vorteil bietet: Bisherige CT-Detektoren wandeln die Röntgenstrahlung zunächst in sichtbares Licht um, das auf einen Lichtsensor trifft und auf diese Weise ein Bild erzeugt. Bei diesem Zwischenschritt geht die für die Diagnose wichtige Information über die Energie der Röntgenstrahlen verloren, verringerte Bildkontraste und Bildschärfe sind die Folge. Im quantenzählenden Detektor verzichtet Siemens Healthineers auf die Umwandlung in sichtbares Licht. Die Röntgenphotonen werden direkt in elektrische Signale gewandelt und gezählt, die Energieinformation bleibt erhalten. Bildschärfe und Bildkontrast werden deutlich verbessert, und die Bilder enthalten neue, aussagekräftige Informationen. Der Einsatz dieser neuen Technologie in einem Dual-Source-CT – also einem System mit je zwei Röntgenstrahlern und Detektoren – verkürzt zudem die Aufnahmezeit. Jede Aufnahme bietet den Ärzten mehr und präzisere Informationen als je zuvor.

In allen Bereichen der Medizin, insbesondere dort, wo feinste Strukturen zu beurteilen sind – etwa Blutgefäße, die Lunge oder winzige Knochen –, kann die doppelt so hohe Bildschärfe die Diagnosestellung erleichtern und beschleunigen und den Untersuchten mit eindeutigeren Ergebnissen Unsicherheiten ersparen. Die zusätzliche Nutzung der Energieinformation ermöglicht umfassendere diagnostische Aussagen, so dass auf zeit- und kostenintensive Zusatzuntersuchungen vielfach verzichtet werden kann. Ein Beispiel hierfür ist die CT-Untersuchung der Herzkranzgefäße: Mussten sich Patienten mit schweren Verkalkungen oder Stents bisher einer invasiven Herzkatheteruntersuchung unterziehen, lassen sich nun auch auf ihren CT-Aufnahmen Engstellen innerhalb der Herzkrankgefäße sicher erkennen – und dies ohne die Risiken einer invasiven Untersuchung. Wie bei der Herzuntersuchung spielt die neue Technologie auch bei Aufnahmen eines anderen bewegten Organs, der Lunge, die Stärken der Kombination von hoher Bildschärfe, neuen Bildinformationen und kurzer Aufnahmezeit aus: Kleine Strukturen lassen sich ohne Bewegungsunschärfe beurteilen, die Morphologie wird durch funktionelle Informationen ergänzt; so können etwa Verlaufskontrollen bei Covid-19 deutlich verbessert werden.

Gleichzeitig wird mit der neuen Technologie bis zu 40 Prozent weniger Strahlung oder Kontrastmittel benötigt. So lassen sich nun auch Menschen mittels CT untersuchen, die von dieser nichtinvasiven, schnellen Untersuchungsmethode bisher nicht profitieren konnten. Dank der geringen Strahlendosis werden künftig häufiger als bisher regelmäßige CT-basierte Vorsorgeuntersuchungen möglich sein – etwa das Lungenkrebs-Screening, das in vielen Ländern weltweit bereits auf dem Weg zur Standarduntersuchung ist.

Diese Fortschritte wären mit herkömmlicher CT-Technik nicht möglich gewesen. Bereits im Jahr 2001 entstanden bei der Siemens-Medizintechnik erste Aktivitäten, um neue Detektorkonzepte auf Basis von Cadmium-Tellurid (CdTe) zu entwickeln. In fast 20-jähriger Entwicklungsarbeit machte das Unternehmen mit seinen Partnern das innovative Detektormaterial für die medizinische CT nutzbar und brachte es zur Serienreife. Parallel dazu optimierten die drei Nominierten mit ihren Teams das gesamte Systemkonzept aus Hardware, Datenübertragung und Software, um die Vorteile des Detektors bestmöglich zu nutzen. Aus der immensen Datenmenge der quantenzählenden CTs berechnen Hochleistungscomputer in wenigen Sekunden dreidimensionale Bilder.

Mehrere akademische Krankenhäuser im In- und Ausland evaluieren derzeit ein bereits für den klinischen Einsatz freigegebenes Gerät mit insgesamt über 20 Installationen – noch mit einem klaren Forschungsfokus. Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend. „In Zukunft wird jeder Computertomograph ein quantenzählender Computertomograph sein“, ist Prof. Dr. Gabriel P. Krestin überzeugt. Der frühere Präsident der Europäischen Gesellschaft für Radiologie leitet das Institut für Radiologie und Nuklearmedizin am Erasmus-Universitätsklinikum im niederländischen Rotterdam.

Siemens Healthineers plant, die neue Technologie mittel- bis langfristig in jedem seiner Computertomographen einzusetzen.

Quelle: Siemens Healthineers

15.09.2021

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