Röntgenbildgebung und Computertomographie

Abteilung Röntgenbildgebung und Computertomographie

Prof. Dr. Marc Kachelrieß

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Die Röntgen-Computertomographie (CT) ist eines der wichtigsten Instrumente in der Radiologie. Sie basiert darauf, dass man die Schwächung von Röntgenstrahlung aus einer Vielzahl von Blickwinkeln um den Patienten herum misst. Seit ihrer Einführung im Jahr 1972 hat die Bedeutung der CT für die medizinische Versorgung immens zugenommen. In über vier Jahrzehnten wurden große technische, mathematische, algorithmische und klinische Verbesserungen auf diesem Gebiet erzielt. Heute vollziehen die modernsten klinischen CT-Scanner bis zu vier Rotationen pro Sekunde und erstellen dabei bis zu 320 Schnittbilder, die ein Messfeld von 50 cm Durchmesser und bis zu zwei Meter Länge abdecken. Patienten können in weniger als fünf Sekunden komplett per CT begutachtet werden und dies mit einer isotropen räumlichen Auflösung von bis zu 0,3 mm, einer zeitlichen Auflösung im Bereich von 70 Millisekunden und einem Bildrauschen von weniger als fünf Prozent des Bildkontrasts. Weiterhin können mittels Dual-Energy-CT die spektroskopischen Eigenschaften von Objekten beurteilt werden, so zum Beispiel die exakte Quantifizierung der Jodmenge in Muskelgewebe oder die chemische Zusammensetzung von Nierensteinen im Vorfeld der Behandlung. Das Spektrum klinischer CT-Anwendungen ist vielfältig und differenziert. Zu den typischen Anwendungsgebieten zählen standardmäßige CT-Untersuchungen, Ganzkörper-CT bei Notfallpatienten, Kardio-CT, Dual-Energy-CT, dynamische CT, CT-Angiographie, Knochendichtemessung, CT der Lunge zur Früherkennung, virtuelle Koloskopie u.v.m.

Neben der klinischen Computertomographie sind heute zahlreiche weitere CT-Varianten in der Medizin im Einsatz. So wird für interventionelle Untersuchungen beispielsweise häufig die C-Bogen-CT eingesetzt, bei der ein Flachdetektor und eine kleine Röntgenquelle um den Patienten rotieren. In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie bei der Planung von Zahnimplantaten stützt man sich häufig auf die sogenannte digitale Volumentomographie (DVT), ein spezielles Flachdetektor-CT-System für den Kopf des Patienten. In der bildgestützten Strahlentherapie werden gleich zwei CT-Varianten eingesetzt: ein klinischer CT-Scanner für die Bestrahlungsplanung und eine Behandlungseinheit, die mit speziellen Flachdetektor-CT-Systemen für die Patientenlagerung und Behandlungsverifikation ausgestattet sind. In der präklinischen Bildgebung kommen spezielle Kleintier-CT-Systeme zum Einsatz. Sie unterstützen pharmazeutische Längsschnittstudien, die zum Beispiel darauf abzielen, das Tumoransprechen oder den Einfluss von anderen Medikamenten zu beobachten. Die CT wird auch oft in multimodalen Szenarien genutzt, um früher gewonnene Informationen in anderen Modalitäten zu ergänzen. Zu den wichtigsten solchen Szenarien in der medizinischen Versorgung zählen Kombinationen von PET (Positronenemissionstomographie) mit CT oder SPECT (Einzelphotonen-Emissionstomographie) mit CT.

Die Abteilung „Röntgenbildgebung und Computertomographie“ des DKFZ arbeitet daran, die Röntgen und CT-Bildgebung in allen Aspekten zu verbessern. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Krebserkennung und Tumorcharakterisierung. Während Themen wie Kalibrierung, Vorverarbeitung und Reduzierung der Strahlendosis in beiden Bereichen gleichermaßen relevant sind, liegt unser Augenmerk im Bereich der CT-Forschung auf der radiographischen und tomographischen Bildgebung, der hochentwickelten Bildrekonstruktion sowie Techniken zur Reduzierung von Artefakten. Hierzu zählen die Entwicklung neuer Methoden, um Echtzeitbildgebung zeitgleich mit der Strahlenbehandlung zu vollziehen und die gewonnenen Informationen aus dem kV- Aufnahmegerät potenziell mit den Portal-Imaging-Aufnahmen aus dem MV-Behandlungsstrahl zu kombinieren. Ferner die Entwicklung neuer Algorithmen für die Registrierung und Rekonstruktion mit dem Ziel der Kompensation von Patientenbewegungen sowie die Entwicklung neuer multispektraler Bildgebungstechniken, um die Tumordiagnostik zu verbessern und den quantitativen Gewebeabbau in die chemischen Hauptkomponenten zu berücksichtigen. Außerdem zielen einige unserer Projekte darauf ab, ursprünglich für CT entwickelte Methoden auf andere Bildgebungsvarianten wie z.B. MRT und PET zu übertragen und dafür anzupassen.

Kontakt

Prof. Dr. Marc Kachelrieß
Röntgenbildgebung und Computertomographie (E025)
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
Tel: +49 6221 42 3067

Ausgewählte Publikationen

  • T. Heußer, P. Mann, C. Rank, M. Schäfer, A. Dimitrakopoulou-Strauss, H.-P. Schlemmer, B. Hadaschik, K. Kopka, P. Bachert, M. Kachelrieß, and M. Freitag. Investigation of the halo-artifact in 68Ga-PSMA-11-PET/MRI. PLOS ONE 12(8):e0183329, August 2017
  • B. Bier, M. Berger, A. Maier, M. Kachelrieß, L. Ritschl, K.Müller, J.-H. Choi, and R. Fahrig. Scatter correction using a primary modulator on a clinical angiography C-arm CT system. Med. Phys. 44(9):e125-e137, September 2017
  • S. Lebedev, S. Sawall, M. Knaup, and M. Kachelrieß. Optimization of the alpha image reconstruction – an iterative CT image reconstruction with well-defined image quality metrics. Z. Med. Phys. 27(3):180-192, September 2017
  • A. Afshar-Oromieh, M. Wolf, U. Haberkorn, M. Kachelrieß, R. Gnirs, K. Kopka, H.-P. Schlemmer, and M. Freitag. Effects of arm truncation on the appearance of the halo artefact in 68Ga-PSMA-11 (HBED-CC) PET/MRI. Eur. J. of Nucl. Med. and Mol. Imag. 44(10):1636-1646, September 2017
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