Projekt 04FMTHH20

Spektral-Computertomographie zur Quantifizierung von Muskelfett undEisenablagerungen im Knochenmark als klinisch prognostischeParameter

Ausgangssituation

Die in Deutschland nach wie vor häufigste Schnittbildgebung, die Computertomographie (CT), ermöglicht es seit der Einführung der Dual-Source Dual-Energy CT (ds-DECT) seit 2006 prinzipiell, Elemente und Gewebe in klinischen Untersuchungen zu quantifizieren. Dies ergibt sich aus den element- bzw. materialspezifischen, energieabhängig differenten Abschwächungskoeffizienten. Die Eignung von ds-DECT Techniken zur Materialquantifizierung im klinischen Alltag ist jedoch eingeschränkt, da es sich um quellenbasierte Spektraloptionen handelt, deren Energiespektren vor Durchführung jeder Untersuchung aktiv angepasst werden müssen. Hingegen gestattet die Dual-Energy Spektral-CT, die 2017 in die Klinik eingeführt wurde, die retrospektive Quantifizierung verschiedener Materialien auf Basis eines mit standardisierter Röhrenspannung generierten Datensatzes, ohne zusätzliche Strahlenbelastung.

Während die Eignung der ds-DECT zur Iodquantifzierung und zur Fett- und Eisenquantifizierung für einzelne Organe demonstriert wurde, fehlt es für die Dual-Energy Spektral-CT an Techniken, Studien, Methoden und Software.

Zielsetzung

Primäres Ziel dieser interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen UKE und TUHH ist die Entwicklung von Phantomen, Methoden, Analysealgorithmen und Software zur Fettquantifizierung und Eisenquantifizierung in Patienten durch die Dual-Energy Spektral-CT und Validierung dieser mittels Magnetresonanzspektroskopie (MRT) und Magnetresonanz-Relaxometrie.
Perspektivisch soll der Einfluss der erhobenen Messwerte auf das klinische Outcome der Patientinnen und Patienten untersucht werden.

Der Spektral-Computertomograph (CT) (a); materialspezifische Abschwächungskoeffizienten für Fett, Weichgewebe und Knochen in Abhängigkeit von der keV (b); Referenz-Magnetresonanztomograph (c).

Vorgehensweise

Die Vorgehensweise sieht vor, über Phantommessungen die notwendigen Methoden und Software zu entwickeln, um langfristig im Rahmen von Patientenstudien die Fett- und Eisenquantifizierung mittels Dual-Energy Spektral-CT zu validieren. Um die Eignung der entwickelten Algorithmen für patientenähnliche dreidimensionale Strukturen zu prüfen, werden selbstentwickelte und mittels 3D-Druck im Institut für Biomedizinische Bildgebung angefertigte Phantome verwendet. Es erfolgen Phantommessungen mit Konzentrationsreihen aus Fett,  Calciumkarbonat und Eisen. Die Erstellung der Phantominhalte erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Biochemie und Molekulare Zellbiologie des UKE. Abschließend erfolgen Phantommessungen in zertifizierten MRT und CT kompatiblen Prüfkörpern.

Die Entwicklung der Methoden und Algorithmen erfolgt auf den rekonstruierten Dual-Energy Spektral-CT Bildern. Dazu werden automatische Segmentierungstools für die jeweiligen Körperregionen entwickelt. Auf den segmentierten Daten werden Auswertungen zur Quantifizierung vorgenommen und mit den Messergebnissen der Referenzbildgebung verglichen. Die Bilddaten werden zusätzlich mit den energieabhängigen Abschwächungskurven gewichtet, um eine verbesserte Differenzierung der einzelnen Stoffe zu ermöglichen. Abschließend werden die elementspezifischen, farblich kodierten Bilddaten mit den CT-Bildern koregistriert.

Nach Softwareentwicklung und Validierung der Dual-Energy Spektral-CT Messergebnisse durch die MRT an Phantomen folgen erste Messungen am Patienten. Positiv beschiedene Ethikanträge der Ethikkommission der Ärztekammer Hamburg liegen vor. Eingeschlossen werden Patientinnen und Patienten, die aus klinischer Indikation CT Untersuchungen des Abdomens benötigen. Sämtliche Patienten erhalten zusätzlich eine MRT-Untersuchung ohne Kontrastmittel.


Publikationsliste

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