Bildqualität und Strahlenbelastung bei der Photon-Counting Computertomographie

Abstract-Text deutsch

Einleitung

Die Planung und Nachsorge spinaler Operationen erfordern häufig wiederholte computertomographische (CT) Bildgebungen. Diese können zu einer deutlichen Strahlenbelastung für Patient*innen führen. Daneben ist die CT besonders anfällig für Artefakte durch metallische Implantate, die die radiologische Beurteilung des umliegenden Gewebes erschweren. Neuste spektrale Photon-Counting-CT-Technologie (PC-CT) hat im Vergleich zur konventionellen Energie-integrierenden CT (EID-CT) das Potential, die radiologische Beurteilbarkeit zu verbessern und gleichzeitig die Strahlendosis zu reduzieren.

Methoden

In einer prospektiven Studie erhielten 32 Patient*innen eine klinisch indizierte PC-CT der Wirbelsäule (17 zervikal, 3 thorakal, 12 lumbal). Axial wurden Serien im Standard-Knochenkernel (PC-CTstd) und monoenergetische 130kV-Bilder (PC-CT130kV) unter Verwendung der spektralen PC-CT-Daten rekonstruiert (Abb. 1). Bei 17 von 32 Patienten diente eine vorherige EID-CT der Wirbelsäule als intrinsische Referenz. Für die übrigen 15 Patienten wurde eine nach Alter, Geschlecht und BMI angepasste EID-CT-Kohorte verwendet. In triplanarer Darstellung wurde die Bildqualität von PC-CTstd und EID-CT anhand von 5 Parametern (Gesamtbild, Schärfe, Artefakte, Rauschen, Diagnosesicherheit) von vier Radiologen auf einer 5-Punkte-Likert-Skala (1: nicht diagnostisch, 5: exzellent) randomisiert und unter Verblindung des Scannertyps bewertet. Bei 10 Patienten mit Metallimplantaten wurden die PC-CTstd- und PC-CT130kV-Serien, in gleicher Weise bewertet. Schließlich wurde die Strahlenbelastung von PC-CT und EID-CT anhand des Computed Tomography Dose Index (CTDIvol) verglichen.

Ergebnisse

Die PC-CTstd zeigte im Vergleich zur EID-CT eine signifikant bessere Bewertung der Bildschärfe (p=0.003) bei signifikant niedrigerem Rauschen (p<0.001), während sich kein Unterschied bei der Gesamtbildqualität, Artefakten und Diagnosesicherheit zeigten (p>0.05). Die Strahlendosis war bei der PC-CT signifikant niedriger als bei der EID-CT (mittleres CTDIvol: 8.83 vs. 15.71 mGy; p<0.001). Hinsichtlich Metallimplantaten bot die monoenergetische PC-CT130kV im Vergleich zur PC-CTstd, eine signifikant bessere Gesamtbildqualität und Diagnosesicherheit bei geringerer Artefaktbildung und geringerem Rauschen (jeweils p<0.001).

Diskussion

In der spinalen Bildgebung mittels innovativem PC-CT zeigt sich im Vergleich zur konventionellen EID-CT insbesondere beim Vorhandensein von Metallimplantaten eine höhere Bildqualität bei gleichzeitiger Reduktion der Strahlenbelastung um 44%. Dies ist von besonderer klinischer Bedeutung, da bei der Planung und postoperativen Verlaufskontrolle im Falle von Komplikationen (z.B. Schraubenlockerungen) wiederholte CT Untersuchungen erforderlich werden können.

Abstract-Text englisch

Introduction

Planning and follow-up of spines surgeries frequently require repeated computed tomography (CT) imaging, representing a considerable radiation exposure. Further CT imaging is susceptible to artifacts caused by metallic implants, which represent a challenge for the radiologic interpretation of surrounding tissue. Novel CT technology based on spectral photon-counting detectors (PC-CT) may potentially improve diagnostic confidence, decrease imaging artifacts and reduce radiation dose in comparison to conventional energy-integrating CT (EID-CT).

Methods

In a prospective trial 32 patients underwent clinically indicated PC-CT of the spine (17 cervical, 3 thoracic, 12 lumbar). Axial reconstructions were performed using standard bone kernel (PC-CTstd) and monoenergetic (130kV) images (PC-CT130kV) exploiting the spectral PC-CT data (Fig. 1). For 17 of 32 patients prior EID-CT of the spine was available and was used as an intrinsic reference. For the remaining 15 patients, a matched (age, sex, BMI) EID-CT cohort was used. Image quality of PC-CTstd and EID-CT was randomly assessed in a triplanar view according to 5 parameters (overall quality, sharpness, artifacts, noise, and diagnostic confidence) by four radiologists blinded to the scanner type, on a 5-point Likert scale (1: non-diagnostic, to 5: excellent). For 10 patients where metallic implants were present, the image quality of PC-CTstd vs. PC-CT130kV was similarly evaluated. Finally, the radiation exposure of PC-CT and EID-CT was compared using the Computed Tomography Dose Index (CTDIvol).

Results

Comparing PC-CTstd to EID-CT, edge sharpness was rated significantly higher (p=0.003) and noise significantly lower (p<0.001) while the overall image quality, artifacts and diagnostic confidence revealed no difference (p≥0.05). The radiation dose was significantly lower for PC-CTstd vs. EID-CT (mean CTDIvol: 8.83 vs. 15.71 mGy; p<0.001). For metallic implants, the ratings for 130kV monoenergetic PC-CT130kV images vs. PC-CTstd were significantly superior for overall image quality, artifacts, noise and diagnostic confidence (p<0.001).

Discussion

Spinal imaging using innovative PC-CT provides significantly higher imaging quality compared to conventional energy-integrating CT, especially in the presence of metallic implants, while simultaneously reducing radiation dose by 44%. This is of special clinical relevance as planning and postoperative follow-ups in case of complications (e.g. loosening of screws) may require repeated CT imaging.