Weniger ist zumindest gleichviel
Mehr Bildinformationen und weniger Rauschen dank iterativer Rekonstruktion
Die Dosis zu reduzieren ist das Thema schlechthin in der Computertomografie und im Grunde so alt wie die Computertomografie selbst. Dank vieler technischer Innovationen konnte die Strahlenbelastung in den zurückliegenden Jahrzehnten bereits deutlich gesenkt werden, allerdings ist diese Entwicklung noch längst nicht an ihrem Ende angelangt.
„Die bisherigen Möglichkeiten zur Dosisreduktion zielten vorwiegend darauf ab, die Hardware der CT zu verbessern“, erläutert PD Dr. Martin Dobritz, Oberarzt am Institut für Radiologie im Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München. Alle Ansätze zur Dosisverringerung wurden von den Klinikern gerne und schnell angenommen, allerdings stieß die CT-Technik damit auch an ihre physikalischen Grenzen. Mit der iterativen Rekonstruktion gibt es nun erstmals ein Verfahren, bei dem die Bildberechnung, also die Software, optimiert wird.
Ein wirksames Verfahren zur Dosisreduktion ist die Dosismodulation, d.h. die Anpassung der Röntgenstrahlung an die anatomische Struktur des Patienten. Anhand eines Topogramms kann der Radiologe erkennen, wie hoch die Strahlentransparenz bestimmter Körperbereiche ist. In sehr strahlentransparenten Regionen, wie z.B. der Lunge, können im Gegensatz zu weniger strahlentransparenten Bereichen, wie dem Becken- oder Schulterbereich, bis zu 50 Prozent weniger Strahlendosis bei gleicher Bildqualität in der Untersuchung eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit, die heute von allen CT-Scannern genutzt wird, ist die Abschirmung des Fächerstrahls durch Bleilamellen. Durch die Abdeckung der Kollimatoren wird die Überbestrahlung von Gewebe am Anfang und Ende der Untersuchungsspirale vermieden und die Strahlenbelastung um bis zu 20 Prozent gesenkt. Dasselbe Ergebnis erzielt die Vorfilterung des Röhrenstroms, die Aufhärtung des Röntgenstrahls. Bei Herzuntersuchungen im Mehrschicht-CT können durch ein prospektives Gating, also die Untersuchung des Herzens in den relativen Ruhephasen, bis zu 80 Prozent der Strahlung eingespart werden.
Mit dem Einzug der iterativen Rekonstruktion ist den Wissenschaftlern jetzt eine kleine Revolution gelungen, die möglicherweise schon in naher Zukunft die gefilterte Rückprojektion gänzlich überflüssig machen wird. Die iterative Rekonstruktion erlaubt im Wesentlichen einen genaueren Blick auf die Rohdaten des CT. Ähnlich wie bei der gefilterten Rückprojektion, die aufgrund eines vereinfachten, fehlerbehaften Algorithmus Bilder berechnet, werden auch bei der iterativen Rekonstruktion die Bilder errechnet, allerdings jetzt auf der Grundlage eines genaueren Modells des bildgebenden Systems.
Schnelle und hochleistungsfähige Rechner machen es möglich, dass ein errechnetes Bild wieder mit dem Rohdatensatz verglichen wird. In der iterativen Schleife werden die Fehler zwischen dem errechneten Bild und dem Rohdatensatz abgeglichen und korrigiert, so lange, bis das konstruierte Bild dem des Rohdatensatzes entspricht. „Wichtig ist, dass dieser Rechenprozess im Rohdatenraum und nicht im vollständig errechneten Bild stattfindet, weil es nur so nicht nur zu einer Rauschreduktion, sondern auch zur Verhinderung von Bildfehlern kommt“, erklärt Dobritz. „Das Charmanteste an der iterativen Rekonstruktion ist allerdings, dass die Dosis bei gleichbleibender Bildqualität eingespart werden kann. Wie hoch die Einsparung ausfällt, hängt wesentlich von der Körperregion ab. Im Niedrigkontrastbereich, beispielsweise bei Schädeluntersuchungen, sprechen wir von höchstens 20 Prozent gesparter Dosis, bei der Abdomenbildgebung können es laut neuesten Studien aber schon bis zu 50 Prozent sein. Die höchsten Einsparungen lassen sich bei Hochkontraststrukturen erreichen: Beim CT der Lunge, bei Knochen und Gefäßen (CT-Angiografien) können bis zu 80 Prozent der Strahlung und mehr eingespart werden, immer bei vergleichbarer Bildqualität zur gefilterten Rückprojektion.
Sicherlich ist dies erst der Anfang eines Prozesses, der in der Zukunft noch stark an Fahrt gewinnen wird. Je schneller und leistungsfähiger die Rechner werden, desto stärker wird die Strahlenbelastung zukünftig abnehmen. In den Forschungslaboren der Gerätehersteller kann man diese Zukunft bereits heute besichtigen. Allerdings dauert es noch Stunden oder sogar Tage, bis die Bilder errechnet sind. Von daher ist das Verfahren im klinischen Alltag noch nicht einsetzbar, weil die Bilder sofort gebraucht werden.
Einen kleinen Schwachpunkt gibt es nach Ansicht von Dr. Dobritz bei der iterativen Rekonstruktion allerdings doch: Der Bildeindruck ist ein etwas anderer als bei der gefilterten Rückprojektion, ein grobpixeligeres Bildrauschen wird generiert. Bisher hatten die Bilder ein relativ hochfrequentes Rauschen, das vom menschlichen Auge schärfer wahrgenommen wird als das niederfrequente Rauschen. Es ist daher wichtig, dass die Hersteller künftig darauf achten, ein möglichst hochfrequentes Rauschen zu erzeugen, wie es einige auch bereits tun, damit der Bildeindruck dem bisherigen entspricht.
„Der Rauschunterschied muss in der Software moduliert werden, um das Problem zu lösen. Aber das ist machbar. Eine Dosisreduktion von 50 bis 80 Prozent hinzubekommen, ist schon sehr vielsprechend. In näherer Zukunft wird das dazu führen, dass zum Beispiel bei einer Lungenuntersuchung das Schnittbildverfahren die gleiche Strahlendosis benötigt wie ein konventionelles Summationsbild. Und da das Schnittbildverfahren immer überlegen ist, entfällt die Überlegung, welches Verfahren eingesetzt werden soll“, so Martin Dobritz.
Veranstaltungshinweis
Saal Donner
Sa, 19.5., 13:00 - 14:20 Uhr
Dobritz M / München
Session: Gastro III – Neues in der
Bildgebung von Leber, Milz
und Pankreas
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Im Profil
Der gebürtige Lübecker PD Dr. Martin Dobritz hat nach dem Studium der Humanmedizin in seiner Heimatstadt die Ausbildung zum Facharzt für diagnostische Radiologie am Klinikum Ingolstadt und als wissenschaftlicher Assistent am Institut für Diagnostische Radiologie an der Universität Erlangen-Nürnberg absolviert, wo er ab 2000 als Oberarzt tätig war.
Seit 2002 ist PD Dr. Dobritz Oberarzt am Institut für Radiologie der Technischen Universität München am Klinikum rechts der Isar. Ein wissenschaftlicher Schwerpunkt ist der klinische Einsatz iterativer Rekonstruktionsverfahren zur Dosisreduktion in der CT. Im Jahr 2011 erfolgten die Habilitation und die Ernennung zum Privatdozenten. Der 45-Jährige wurde mit der Karl Max von Bauernfeind Medaille der TUM und dem ESGAR Award ausgezeichnet.
09.05.2012
