Photonen läuten die nächste Revolution in der Computertomographie ein
Photonenzähl-Detektoren zählen Röntgenquanten und unterscheiden deren Energie auf Photonenebene, wodurch eine bessere räumliche Auflösung und geringere Strahlendosen für die Patienten erzielt werden.
Die Geschichte der Computertomographie ist reich an Innovationen. In den mehr als 50 Jahren ihres Bestehens gab es zahlreiche technologische Verbesserungen, doch die neueste Innovation für CT-Untersuchungen, nämlich Photonenzähl-Detektoren (PCDs), ist wahrhaft bahnbrechend. Diese neuartigen Geräte zählen und unterscheiden die Energie von Röntgenquanten auf Photonenebene und bieten so eine bessere räumliche Auflösung sowie geringere Strahlendosen für die Patienten.
Als führender Anbieter von Lösungen für die Computertomographie und digitale Röntgensensoren beliefert ams OSRAM Hersteller medizinischer Geräte mit hochmodernen Bildgebungskomponenten. Roger Steadman, Leiter des Bereichs System Solution Engineering bei BL Mixed Signal Products, ist ein renommierter Experte für Computertomographie und hat in mehr als 20 Jahren in der Branche zahlreiche Entwicklungen miterlebt.
Wann immer Knochenbrüche, Schwellungen oder sonstige strukturelle Veränderungen bzw. Symptome untersucht und diagnostiziert werden müssen, ist die Computertomographie die gängigste Untersuchungsmethode. Roger, kannst du uns erklären, worum es bei dieser Methode geht?
Die Computertomographie ist allgemein bekannt, da es sie bereits seit über 50 Jahren gibt. Es handelt sich um eine spezielle Art der Röntgenuntersuchung, bei der 3D-Bilder des Körpers aufgenommen werden. Mithilfe einer Röntgenröhre, die sich um den Körper dreht, werden mehrere tausend Bilder eines Körperbereichs oder eines bestimmten Organs aufgenommen und anschließend zu einem einzigen 3D-Volumen zusammengefügt.
Zwischen 1990 und 2013 revolutionierten verschiedene Fortschritte und Entwicklungen die CT, insbesondere der „Slice-Wettlauf“, bei dem die Hersteller darum wetteiferten, die Detektoren immer größer zu machen, mit dem Ziel, ganze Organe wie beispielsweise das Herz in einer einzigen Umdrehung abzubilden. Seitdem wurden viel Zeit und Mühe darauf verwendet, die Röntgendosis für den Patienten zu reduzieren, unter anderem durch Entwicklungen bei Detektoren für eine bessere Bildqualität und bei Rekonstruktionsalgorithmen.
Sie haben im Laufe Ihrer Karriere zahlreiche Innovationen im Bereich der Computertomographie miterlebt. Warum halten Sie die Photonenzählung für etwas Besonderes?
Die Photonenzählung zielt zudem darauf ab, die den Photonen innewohnenden Energieinformationen zu nutzen, wodurch es möglich wird, verschiedene Gewebetypen im Körper zu unterscheiden und zu quantifizieren. Es ist großartig zu erleben, wie Technologien, die seit vielen Jahren in der Forschung entwickelt wurden, nun endlich in ein Produkt integriert werden und 2021 in Form der ersten medizinisch zertifizierten, auf Photonenzählung basierenden CT-Scanner auf den Markt kommen.
Können Sie die Photonenzählung in einfachen Worten erklären?
Ich kann es zumindest versuchen. Bei der herkömmlichen CT wird ein Signal erfasst, das proportional zur Gesamtenergie der Röntgenphotonen ist, wobei die Tatsache außer Acht gelassen wird, dass die Abschwächung durch den Körper oder das Gewebe energieabhängig ist. Die Photonenzählung beseitigt diese Einschränkung. Da sie nicht nur die Anzahl der Photonen, sondern auch deren Energie misst, kann sie letztlich zwischen den im Körper vorhandenen Substanzen unterscheiden. Mit anderen Worten: Die Photonenzählung liefert Informationen, mit denen unbekannte Variablen bestimmt werden können.
Dies führt zu erheblichen Vorteilen, die über die Gewebeidentifizierung hinausgehen. Zudem verbessert es den Bildkontrast, da nun jedes einzelne Photon gleichermaßen zum Bild beiträgt. Ein weiterer Aspekt der Photonenzählung, der bei Radiologen große Beachtung findet, ist die deutlich bessere räumliche Auflösung. Da für diese Technologie andere Sensoren erforderlich sind, kann die räumliche Auflösung je nach den von den CT-Herstellern festgelegten Systemparametern bis zu viermal höher sein als bei herkömmlichen CT-Verfahren.
Was zeichnet uns Ihrer Meinung nach hier genau aus? Was macht unseren Ansatz so besonders?
Wir bieten unseren Kunden eine Komplettlösung. Unser Auslese-IC erfüllt nicht nur die strengen Anforderungen der klinischen spektralen Photonenzähl-CT bei sehr geringem Rauschen und Stromverbrauch, sondern wird auch in einem innovativen „Buttable System in Package“ (BSIP) geliefert, bei dem mehrere ICs und passive Bauteile in einem Gehäuse integriert sind. Das BSIP ist von Natur aus „kachelbar“, d. h., BSIPs können als Kacheln in Anordnungen verwendet werden, die sich in alle Richtungen ausdehnen lassen, um die für die klinische CT erforderliche große Detektorfläche zu bilden. Diese fortschrittliche Lösung bietet unseren Kunden Benutzerfreundlichkeit und Leistung auf dem neuesten Stand der Technik.
Die Halbleitertechnologie eröffnet neue Möglichkeiten in der medizinischen Bildgebung. Das ist unser Antrieb: Technologie, die das Leben für alle verbessert.