Hochauflösende Bildgebung und Volumetrie : Vergleich des Prototypen eines Volumencomputertomographen mit Flachbilddetektoren mit einem klinischen CT-System
In dieser Arbeit wurden volumetrische Messungen mit einem Volumencomputertomographen mit Flachbilddetektoren (VCT) im Vergleich zu einem klinischen Mehrschicht-Computertomographen (MSCT) durchgeführt. Es wurde untersucht, wie genau beide Tomographen kleine Volumina im Bereich von Kubikmillimetern messen und inwiefern diese Messungen von verschiedenen Umgebungskontrasten beeinflust werden.
Genormte Kunststoffkugeln, deren Durchmesser (1 mm bis 25 mm) durch eine Herstellerangabe zertifiziert war, wurden mit beiden Tomographen gescannt. Zur Simulation unterschiedlicher Umgebungskontraste waren die Messobjekte, deren HU-Wert in etwa dem des menschlichen Gewebes entsprach, jeweils von unterschiedlichen Medien (Luft, Wasser bzw. Kontrastmitteln) umgeben. Durch die Herstellerangabe war es möglich, den prozentualen Messfehler (PMF) bei den verschiedenen Messungen zu berechnen und eine Aussage über die Messgenauigkeit der Tomographen zu treffen.
Von Luft umgebene Kunststoffkugeln (Hochkontrastbereich) mit einem Durchmesser von 3,5 mm 6 mm wurden vom VCT mit einem geringeren PMF gemessen (zwischen 0,09% und 4,5%) als mit dem MSCT (PMF zwischen 6% und 24%). Auch Kugeln mit einem Durchmesser von 6 mm - 15 mm wurden mit dem VCT erheblich genauer (PMF zwischen 0,09% und 2,7%) als mit dem MSCT (PMF zwischen 3,1% und 8,3%) gemessen. Bei geringeren HU-Differenzen zwischen den Kugeln und dem sie umgebenden Medium (Wasser bzw. Kontrastmittellösungen) war es mit dem VCT im Gegensatz zum MSCT jedoch meist nicht möglich, die Kugeln von der Umgebung zu segmentieren und somit auszumessen.
Außerdem wurde eine Kunststoffkugel in 25 Teile geschnitten und die Kugelfragmente, deren einzelnes Volumen addiert dem Gesamtvolumen der ganzen Kugel entsprechen muss, von beiden Tomographen gemessen. Die von Luft umgebenen Fragmente wurden vom VCT (PMF 0,38 %) mit einem kleineren Fehler gemessen als vom MSCT (PMF 1,53 %). Bei geringeren Umgebungskontrasten wurden die Messwerte des MSCT gegenüber dem VCT jedoch zunehmend genauer.
In einem weiteren Experiment wurde der minimale Kontrast einer Kugel zu deren Umgebung bestimmt, ab dem eine genaue Volumenmessung mit dem VCT erfolgen konnte. Ab einer Differenz von ca. 100 HU war eine Volumenbestimmung mit einem PMF von ca. 2% möglich.
Zudem wurde die Fähigkeit beider Tomographen untersucht, minimale Volumenänderungen zu bestimmen. Die Volumenzunahme eines Latexballons, dem man mit einer Präzisionsspritze wenige Mikroliter Wasser injizieren konnte, wurde gemessen. Volumenänderungen von 10 µl wurden vom VCT ohne Messfehler bestimmt. Beim MSCT betrug der PMF 10%. Auch die Zugabe von 5 µl Wasser wurde vom VCT genauer (PMF 20 %) bestimmt, als mit dem MSCT (PMF 40 %). Die kleinste Volumenänderung von 1,667 µl wurde vom MSCT nicht wahrgenommen. Vom VCT wurde sie, wenn auch mit einem hohen Messfehler, registriert.
Der Quellvorgang von Reiskörnern in Wasser wurde in einem Experiment über einen Zeitraum von ca. 35 Minuten verfolgt. Ihr Volumen wurde mit beiden Tomographen in vorgegebenen Zeitintervallen gemessen.
Zusammengefasst lagen die Vorteile des VCT-Prototypen in einer deutlich höheren Ortsauflösung, was eine sehr exakte Volumenmessung mit geringeren Messfehlern ermöglichte und das Potential der VCT unterstreicht. Resultierend aus den unterschiedlichen Detektoreigenschaften der Tomographen, war der MSCT dem VCT lediglich bei Volumenmessungen im Niedrigkontrastbereich überlegen.Aufgrund der exakten Volumetrie im Hochkontrastbereich ist es mit der VCT möglich, die Wachstumsdynamik einer Struktur in kürzeren Scanintervallen als bisher festzustellen. Die Kleintierbildgebung und Spezialanwendungen in der Medizin können in hohem Ausmaß von diesen Eigenschaften profitieren. Ein klinischer Anwendungsbereich liegt u.a. bei der Lungentumordiagnostik. Durch eine frühere und genauere Feststellung der Tumorvolumenverdopplungszeit wäre eine schnellere Dignitätsbeurteilung eines Rundherdes als bisher möglich. Eine weitere klinische Einsatzmöglichkeit stellt die Osteoporosediagnostik dar. Durch die hohe Ortsauflösung des VCT gelingt eine sehr exakte Darstellung der trabekulären Knochenstruktur. Bis die VCT jedoch für die klinische Routine einsetzbar ist, bedarf es aber noch weiterer technischer Verbesserungen.
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