CT-Röntgenspektrummodulation zur Maximierung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses unter Berücksichtigung der Bildqualität und der patientenspezifischen effektiven Dosis

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Kachelrieß; Professor Dr. Michael Lell; Professor Dr.-Ing. Andreas Maier
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551239003

Moderne CT-Systeme beinhalten zahlreiche technische Maßnahmen, um die Patientendosis möglichst gering zu halten. Besonders wichtig ist die so genannte Röhrenstrommodulation (TCM), bei der abhängig von der zu erwartenden Durchstrahlungslänge der Röhrenstrom so angepasst wird, dass bei gegebener Bildqualität das Röhrenstrom-Zeit-Produkt (mAs-Produkt) minimal ist bzw. dass bei gegebenem mAs-Produkt die Bildqualität maximal wird. In unserem Vorgängerprojekt haben wir ausgehend von dieser mAsTCM ein Röhrenstrommodulationsverfahren entwickelt, das mit Hilfe des Einsatzes neuronaler Netze, die aus den vor dem CT-Scan vorliegenden Topogrammen die Schwächungsverteilung des Patienten sowie die Segmentierung der strahlenrelevanten Organe errechnen, das patientenindividuelle Strahlenrisiko minimiert (und nicht lediglich das Röhrenstrom-Zeit-Produkt). Unsere riskTCM wurde simulativ untersucht und mit mAsTCM verglichen. Bei gleichbleibender Bildqualität konnte mit riskTCM das individuelle Strahlenrisiko um bis zu 40% gegenüber der mAsTCM reduziert werden. Diese signifikanten Dosisreduktionswerte sind auch deshalb interessant, weil herstellerseitig lediglich eine Softwareanpassung der CT-Systeme nötig ist, um riskTCM umzusetzen. Wir wollen nun zwei Dinge erforschen. Einerseits soll mit Hilfe einer herstellerseitigen, für uns spezifisch angepassten Software namens ReconCT die riskTCM-Methode näher an die klinische Bildqualität gebracht werden, um somit dann im klinischen Betrieb die Methode wissenschaftlich auswerten zu können ( „Translation“). Andererseits wollen wir die Röhrenstrommodulation dahingehend erweitern, dass auch die Röntgenspannung und die Vorfilterung des CT-Systems moduliert werden, um das individuelle Strahlenrisiko noch weiter zu senken ( „Erweiterung“). Diese riskXSM-Methode erfordert neue Optimierungsalgorithmen, sie erfordert die Entwicklung neuer Rekonstruktionsverfahren und es ist nötig, aus einem Topogramm und der Oberflächeninformation einer 3D-Kamera, nicht nur die Schwächungswertverteilung des Patienten zu errechnen, sondern auch noch mögliche Kontrastmittelverteilungen grob abzuschätzen. Um riskXSM zu erproben, sollen diagnostische Daten gesammelt, durch Addition von Rauschen und durch Umrechnung der Strahlaufhärtung auf die gewünschte Röhrenstrom-, Spannungs- und Vorfilterdickenkurven umgerechnet und dann durch erfahrene Radiologen im Vergleich mit mAsTCM und riskTCM bewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen