Untersuchungstechnische Optimierung der Computertomographie (CT) in der onkologischen Bildgebung
Creators: name: Böning, Georg
Publisher: name: Charité - Universitätsmedizin Berlin
Year: 2021
Subjects: subject: computer tomografie
subject: oncology
subject: optimization
subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit

description: Im onkologischen Bereich wird die Computertomographie von der Primärdiagnostik, über die Ausbreitungsbeurteilung, bis hin zur Verlaufseinschätzung unter Therapie eingesetzt. Ziel der, im Rahmen dieser Arbeit zusammengefassten, Originalarbeiten war die Optimierung der untersuchungstechnischen CT-Parameter für die onkologische Bildgebung. Die Anwendung iterativer Rekonstruktion ist dabei der Fokus der ersten Originalarbeit. Insbesondere bei hochdifferenzierten Tumorformen erhalten Patienten mit neuroendokrinen Tumoren teils über lange Zeiträume regelmäßige CT-Untersuchungen mit entsprechend hohen Kumulativstrahlendosen. Ziel von Originalarbeit 1 war daher die Evaluation iterativer Bildrekonstruktion zur Strahlendosisreduktion bei diesen Patienten (n=28). Es erfolgte ein intraindividueller Vergleich von applizierter Strahlendosis, qualitativen bzw. quantitativen Bildqualitätsmarkern und resultierender, diagnostischer Sicherheit. In den Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass mittels iterativer Rekonstruktion eine Reduktion des Dosismittelwertes von 37,6%, gegenüber dem Standard der gefilterten Rückprojektion möglich ist, ohne Bildqualität bzw. diagnostische Sicherheit zu gefährden. Die Technik erscheint somit geeignet, um die Kumulativstrahlendosis im untersuchten Patientenkollektiv deutlich zu reduzieren. In den vier folgenden Originalarbeiten wurde der Einsatz der spektralen CT in der onkologischen Bildgebung evaluiert. Zunächst sollte in Originalarbeit 2 untersucht werden, ob die spektrale CT bei Patienten mit hypervaskularisierten, abdominellen Tumoren dosisneutral durchführbar ist. Außerdem wurde analysiert, inwieweit die Beurteilung virtuell monoenergetischer Bilddatensätze in der klinischen Routine, hinsichtlich Bildqualität und diagnostischer Sicherheit, zielführend und effizient möglich ist. In einem Patientenkollektiv (n=41) mit hypervaskularsierten, abdominellen Tumoren (hepatozelluläre Karzinome, neuroendokrine Tumoren, Nierenzellkarzinome) wurden zum intraindividuellen Vergleich insgesamt 451 CT-Bilddatensätze analysiert. In den Ergebnissen fanden sich keine signifikanten Unterschiede der Dosismittelwerte zwischen der arteriellen Kontrastmittelphase in spektraler und der portalvenösen Phase in Standardtechnik (SCT arterielle Phase: 9,6±4,7mGy, Standardtechnik portalvenöse Phase: 10,5±5mGy). In virtuell monoenergetischen Bilddaten mit niedrigen Energieleveln stieg u.a. der Mittelwert der Kontrastverhältnisse zwischen Tumor und Leber signifikant (p&lt;0,001) an. Der Kontrastanstieg wurde auch in der subjektiven Auswertung bestätigt und resultierte in einer höheren diagnostischen Sicherheit hinsichtlich hypervaskularisierter Tumorläsionen. Die geschätzte Befundungszeit stieg jedoch ebenfalls auf das 11-fache des Standardverfahrens. Zusammenfassend ist die spektrale CT dosisneutral durchführbar und monoenergetische Bilddaten können die diagnostische Sicherheit bezüglich hypervaskularisierter Tumoren steigern. Eine Betrachtung aller Datensätze ist jedoch aufgrund der deutlich höheren, potentiellen Befundungszeit keine effiziente Option für die klinische Routine. Die Jodkonzentration bildet einen Parameter der spektralen CT, welcher in der Literatur vielfach eingesetzt wurde, um u.a. zur Entitätsdifferenzierung, Identifikation von Lymphknotenfiliae und Verlaufsbeurteilung unter Therapie beizutragen. Aufgrund theoretischer Überlegungen und technischer Gegebenheiten ist jedoch insbesondere bei der Abdomen-CT von Abweichungen in den Jodkonzentrationsbestimmung auszugehen. Die Existenz relevanter Einflussgrößen auf die Genauigkeit von Jodkonzentrationsmessungen zu bestätigen, potentielle Messfehler zu quantifizieren und eine in der klinischen Routine praktikable Lösung zur Fehlerrelativierung zu identifizieren, waren daher die Ziele von Originalarbeit 3. Mithilfe von Messungen an zwei verschiedenen Phantomen konnte gezeigt werden, dass die Position des Zielvolumens und die applizierte Dosis einen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse der Jodkonzentrationsmessung haben. In Patientenuntersuchungen (n=38) mit Referenzkörper wurde für die Jodkonzentrationsmessung der Mittelwert des relativen Fehlers mit 19,6±5,6% bestimmt. Außerdem konnten Korrelationen zwischen Patientenkörpermaßen, applizierter Dosis und gemessener Jodkonzentration nachgewiesen werden. Zusammenfassend sind CT-basierte Jodkonzentrationsmessungen abdominell mit Vorsicht zu interpretieren. Die Platzierung eines Referenzkörpers kann diesbezüglich eine praktikable Lösung zur Messfehlerrelativierung in der klinischen Routine darstellen. Basierend u.a. auf den ersten Ergebnissen der Originalarbeiten 2+3 für abdominelle Tumoren wurde in den folgenden Arbeiten die spektrale CT hinsichtlich onkologischer Anwendung im Thorax evaluiert. Ziel von Originalarbeit 4 war dabei zu untersuchen, ob die spektrale CT zur Differenzierung von benignen/malignen pulmonalen Raumforderungen bzw. Lymphknoten, Subtypen von nicht-kleinzelligen Lungentumoren und zur Entitätsbestimmung von Nebennierenraumforderungen beitragen kann. Als Nebenergebnis wurde zudem die Visualisierung thrombotisch bedingter, pulmonaler Perfusionsdefizite analysiert. In die Studie wurden 113 Patienten mit gesicherten nicht-kleinzelligen Lungentumoren eingeschlossen. Nach Anfertigung einer spektralen CT des Thorax wurden virtuell monoenergetische Bildserien, daraus abgeleitete Schwächungskurven inkl. deren Anstiege, virtuell native Bildserien und Jodkarten inkl. (normalisierter) Jodkonzentrationen analysiert. In den Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass der Mittelwert der normalisierten Jodkonzentrationen bei Adenokarzinomen (19,37±8,11) signifikant (p=0,035) höher war als in Plattenepithelkarzinomen (12,03±6,04). Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen pulmonalen Metastasen und benignen Lungenbefunden beobachtet. In der Betrachtung von insgesamt 126 Lymphknoten zeigten Metastasen einen signifikant niedrigeren Jodkonzentrationsmittelwert als benigne Lymphknoten (2,08±1,05 mg/ml bzw. 2,58±1,13 mg/ml; p=0,023). Zusammenfassend kann die spektrale CT zur Differenzierung von Subtypen nicht-kleinzelliger Lungentumoren und Lymphknotenmetastasen beitragen. Des Weiteren konnten in der Studie mittels virtuell nativer Bildserien 23 adrenale Adenome mit hoher Sensitivität (91%) und Spezifität (100%) identifiziert werden. Als Nebeneffekt eignen sich Jodkarten zur Visualisierung emboliebedingter, pulmonaler Perfusionsdefizite. Auf den dargestellten Ergebnissen aufbauend, widmet sich Originalarbeit 5 der Frage, ob mittels spektraler CT bei Patienten mit nicht-kleinzelligen Lungentumoren nach Radiochemotherapie Hinweise auf vitales Resttumorgewebe gefunden werden können bzw. das resultierende Tumorverhalten im Verlauf vorhergesagt werden kann. Außerdem wurde analysiert, inwiefern die spektrale CT auch in der posttherapeutischen Situation zur Entitätsbeurteilung von Lymphknoten genutzt werden kann. Es wurden bei insgesamt 83 Patienten mit nicht-kleinzelligen Lungentumoren nach Radiochemotherapie neben dem Therapieansprechen anhand der RECIST 1.1-Kriterien, Jodkonzentrationen und Schwächungskurven der Primarien analysiert. Messungen sowohl für den gesamten Tumor als auch für separate Jodkonzentrationshotspots erfolgten auf der Ebene der maximalen, diametralen Tumorausdehnung. Des Weiteren wurden insgesamt 61 mediastinale Lymphknoten betrachtet. In den Ergebnissen zeigte sich nach Radiochemotherapie eine komplette Remission bei 24 (29%), ein stabiler oder partiell regredienter Befund bei 34 (41%) und eine Erkrankungsprogression bei 25 (30%) Patienten. Die Mittelwerte der (normalisierten) Jodkonzentrationen der Tumorhotspots waren dabei bei progredientem Krankheitsverlauf signifikant höher als bei Fällen mit stabiler Erkrankung oder partieller Remission (p&lt;0,001). Nach initial stabiler Erkrankung zeigten 10 Patienten (12%) zudem einen Progress im weiteren Verlauf von bis zu 18 Monaten nach der spektralen CT. In diesen Fällen war ebenfalls der Mittelwert der Hotspotjodkonzentration signifikant (p&lt;0,001) höher als bei Patienten mit stabiler Erkrankung im Verlauf. Auch posttherapeutisch zeigten vergrößerte Lymphknoten signifikant niedrigere Mittelwerte der (normalisierten) Jodkonzentrationen und Schwächungskurvenanstiege (p=0,003-0,029). Zusammenfassend könnte die spektrale CT bei nicht-kleinzelligen Lungentumoren nach Radiochemotherapie helfen Rezidive vorherzusagen. Residuale Vaskularisationen als Indikator für vitales Tumorgewebe konnten mit Hilfe der Hotspotanalyse identifiziert werden. Zudem könnte die spektrale CT auch posttherapeutisch bei der Identifikation von Lymphknotenmetastasen helfen. Insgesamt betrachtet können in mehreren Bereichen der onkologischen CT-Bildgebung durch Optimierung untersuchungstechnischer Parameter Vorteile erzielt werden. Neben Dosisreduktionen können durch geeignete Parameterauswahl die Bildqualität und diagnostische Sicherheit positiv beeinflusst werden. Durch Kombination mit iterativer Rekonstruktion ist der Einsatz spektraler CT u.a. auch in der onkologischen Bildgebung dosisneutral möglich und bietet Möglichkeiten den Informationsgehalt einer CT-Untersuchung zu steigern. Dabei ist jedoch auf potentielle Fehlerquellen und eine effiziente Anwendung zu achten. Anhand der bisherigen Ergebnisse kann die spektrale CT bei Patienten mit nicht-kleinzelligen Lungentumoren Beiträge zur Entitätsdifferenzierung, zum Staging und der Verlaufsbeurteilung nach Radiochemotherapie liefern. Zum breiten Einsatz der spektralen CT in der onkologischen Routine müssen jedoch eine bessere Datenlage und weitreichende Standardisierungen erreicht werden, um Ergebnisse vergleichbar zu machen.