Photon-Counting Detektor CT: Fortschritte und klinische Anwendungen in der kardiovaskulären Bildgebung

Zusammenfassung

Hintergrund

Seit der Zulassung des ersten Dual-Source Photon-Counting Detektor-CT (PCD-CT) im Herbst 2021 konnten in der Anwendung für die kardiovaskuläre Bildgebung signifikante Erkenntnisse gewonnen werden. Diese Übersicht fokussiert sich darauf, den derzeitigen Wissensstand und die stetig wachsende Forschungsliteratur umfassend darzustellen und dabei innovative Anwendungen und Perspektiven anhand von Fallbeispielen zu illustrieren.

Methode

Wir führten eine strukturierte Literaturrecherche durch, wobei relevante Studien über Google Scholar und PubMed identifiziert wurden. Die Suchbegriffe umfassten „Photon-Counting Detektor“, „kardiovaskuläre CT“, „Herz-CT“ und „ultrahochauflösende CT“. Wir analysierten die Ergebnisse von Publikationen seit Januar 2015. Ergänzend dazu integrierten wir unsere eigenen klinischen Erfahrungen und Fallbeispiele.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Neben dem bekannten Vorteil der erhöhten zeitlichen Auflösung von Dual-Source-Scannern bietet die Dual-Source PCD-CT drei wesentliche Vorteile: 1) Eine optimierte geometrische Dosiseffizienz mit verbessertem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis, 2) eine intrinsische spektrale Sensitivität und 3) die Möglichkeit zur ultrahochauflösenden CT. Diese Technologie ermöglicht eine verbesserte Bildqualität oder eine Reduktion der Strahlendosis bei etablierten kardiovaskulären Protokollen. Ihr Einsatz bei adipösen Patienten, hoher Plaquelast oder nach Stentimplantation erscheint technisch machbar, wodurch das Anwendungsspektrum der CT erweitert werden könnte. Die spektrale Sensitivität erlaubt zudem eine individuelle Anpassung der Bildakquisition, um Artefakte zu reduzieren und die Kontrastmitteldosis bei Patienten mit Niereninsuffizienz zu senken. Erste Studien und klinische Erfahrungen belegen diese Anwendungsmöglichkeiten der PCD-CT in der kardiovaskulären Diagnostik und weisen auf Optimierungen der klinischen Abläufe hin.

Trotz dieser Vorteile gibt es Herausforderungen wie hohe Kosten, große Datenmengen, etwas längere Rekonstruktionszeiten sowie technische Schwierigkeiten bei der Kombination von spektraler Sensitivität und Ultrahochauflösung. Es fehlen prospektiv randomisierte Studien mit klinischen Endpunkten, die einen klaren Vorteil gegenüber herkömmlichen Scannern belegen könnten. Zukünftige Forschungsprojekte sollten durch endpunktbasierte Studien und fundierte Kosten-Nutzen-Analysen das Potenzial dieser Technologie evaluieren, um eine evidenzbasierte Integration in die klinische Praxis zu ermöglichen.

Kernaussagen

• Photon-Counting Detektor-CT markiert einen technologischen Fortschritt in der Computertomografie.

• Die spektrale Sensitivität verstärkt das Jodsignal und minimiert Artefakte.

• Ultrahochauflösende CT ermöglicht präzise Bildgebung auch bei Stents und fortgeschrittener Sklerose.

• Die Technologie muss durch endpunktbasierte, randomisierte Studien validiert werden.

Zitierweise

• Hagar MT, Schlett CL, Oechsner T et al. Photon-Counting Detector CT: Advances and Clinical Applications in Cardiovascular Imaging. Rofo 2025; 197: 509–517

 

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Abkürzungen

CNR: Kontrast-zu-Rausch Verhältnis

CT: Computertomografie

CTA: CT-Angiografie

EID-CT: Energieintegrierende Detektor-Computertomografie

KHK: Koronare Herzkrankheit

pAVK: Periphere arterielle Verschlusskrankheit

PCD-CT: Photon-Counting Computertomografie

UHR-CT: Ultrahochauflösende CT, Ultrahochauflösende CT

VMI: Virtuell monochromatische Bildrekonstruktionen

VNCa: Virtual non-calcium (virtuelle Kalziumsubtraktion)

VNI: Virtuell-Non-Iodine (virtuelle Jodsubtraktion)

 

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Einleitung

Die Computertomografie (CT) des Herzens und des vaskulären Systems ist fester Bestandteil der klinischen Routinediagnostik und in internationalen Leitlinien fest verankert [1] [2]. Laut aktuellen europäischen Registerdaten wurde im Jahr 2022 erstmals eine erhöhte Anzahl an Herzuntersuchungen mittels CT im Vergleich zur kardialen Magnetresonanztomografie registriert [3]. Die kardiale CT, insbesondere die kontrastmittelgestützte CT-Angiografie (CTA), treibt kontinuierlich technologische Innovationen voran und bildet somit das zentrale Instrument der nicht-invasiven Kardiodiagnostik [4]. Darüber hinaus spielt die CT eine entscheidende Rolle in der Diagnostik akuter Pathologien und der Detektion chronischer Erkrankungen des kardiovaskulären Systems.

Dieser Erfolg ist auf die kontinuierliche Weiterentwicklung der CT-Detektortechnologie zurückzuführen: Nach der Einführung der Spiral-CT in den 1990er Jahren, der Mehrschicht-CT zur Jahrtausendwende und der Dual-Source-Technologie im Jahr 2005 markiert die Photon-Counting Detektor-CT (PCD-CT) mit ihrer erstmaligen klinischen Zulassung im Jahr 2021 die jüngste technologische Innovation [5]. In den letzten drei Jahren klinischer Anwendung wurden die Vorteile der PCD-CT gegenüber herkömmlichen energie-integrierenden Detektorsystemen (EID-CT) eingehend untersucht. Die PCD-CT ermöglicht neben einer verbesserten Bildqualität und einer Reduktion der Strahlendosis auch eine inhärente spektrale Sensitivität in Kombination mit einer hohen zeitlichen Auflösung durch die Dual-Source-Geometrie. Diese Eigenschaften eröffnen insbesondere für die kardiovaskuläre Bildgebung neue diagnostische Möglichkeiten [6].

Der vorliegende Übersichtsartikel zielt darauf ab, die technischen Prinzipien, Vorteile und Herausforderungen der PCD-CT zusammenzufassen und einen umfassenden Überblick über die Anwendungen der PCD-CT in der kardiovaskulären Bildgebung zu geben. Dabei werden Fallbeispiele vorgestellt, in denen die PCD-Technologie die diagnostische Genauigkeit verbessern konnte. Eine detaillierte Analyse der technischen Grundlagen erfolgte bereits durch Stein et al. in einer früheren Ausgabe dieses Journals [7], während Hagen et al. einen Überblick zu mehreren klinischen Indikationen gegeben haben [8].

Ziel dieser Arbeit ist es, die genannten Publikationen zu ergänzen und den Leser insbesondere über die Anwendungsmöglichkeiten der PCD-CT in der kardiovaskulären Bildgebung zu informieren.

 

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Technische Grundlagen

Im Gegensatz zur herkömmlichen EID-CT basiert die PCD-CT auf einer Halbleitertechnologie. Bei der Exzitation eines kristallinen Halbleiters, zum Beispiel aus Cadmiumtellurid, durch ein eintreffendes Röntgenphoton wird die Energie des Photons auf die Elektronen im Kristallgitter des Halbleiters übertragen. Diese Energieübertragung kann dazu führen, dass ein Elektron vom Valenzband in das sogenannte Leitungsband gehoben wird, wodurch ein Elektron-Loch-Paar entsteht. Das Elektron im Leitungsband wird durch die angelegte Hochspannung zur Anode beschleunigt und erzeugt einen pulsierenden Stromfluss. Die Anzahl der erzeugten Elektron-Loch-Paare ist proportional zur Energie des absorbierten Röntgenphotons, und die Amplitude des induzierten Stromflusses korreliert mit der Anzahl der Elektronenpaare. Diese präzise Detektion der Röntgenphotonen und ihrer Energie ermöglicht eine genauere Bildgebung. Des Weiteren werden keine Septen an den Detektorelementen benötigt, die bei der EID-CT eine optische Interferenz abschirmen, da die Beschleunigung der Elektronen auf dem Leitungsband zur Anode hin direktional und nicht ungerichtet erfolgt. Dies führt zu einer Erhöhung der Ortsauflösung.

Durch das Anwenden verschiedener Energieschwellen bei der Bildauslese lässt sich das Signal in mehrere Energiebereiche (“Bins”) segmentieren (z.B. unterhalb und oberhalb ~65 keV), was sowohl eine spektrale Analyse als auch die Eliminierung von elektronischem Hintergrundrauschen durch Subtraktion von Energien unterhalb einer Schwelle von ~25 keV erlaubt. Diese Technik ist insbesondere bei kontrastmittelgestützten Untersuchungen vorteilhaft, da sie eine gleichwertige Gewichtung von niederenergetischen Photonen, die die meisten Informationen über Weichteile oder Jodkontrast tragen, mit höherenergetischen Photonen ermöglicht. Zudem kann ein einzelner Anodenpixel in bis zu vier Subpixel-Einheiten unterteilt werden, was eine ultrahochauflösende CT (UHR-CT) mit einer Kollimation von 120 × 0,2 mm und einer räumlichen Auflösung von 110 × 110 × 160 µm ermöglicht. Dadurch wird nicht nur eine genauere Darstellung feiner anatomischer Strukturen, sondern auch die Reduktion von Blooming-Artefakten ermöglicht. Die Möglichkeit, die UHR-CT mit einer EKG-Triggerung zu kombinieren, eröffnet neue Perspektiven in der kardialen Diagnostik. [Abb. 1] zeigt schematisch den Aufbau eines Photon-Counting Detektors (UHR-CT) [5] [7] [9] [10]. Eine detaillierte Analyse der technischen Leistung des klinisch zugelassenen Dual-Source PCD-CT erfolgte durch Rajendran et al. [11].

Abb. 1 Schematischer Aufbau eines Photon-Counting Detektors. Eintreffende Röntgenphotonen werden am Detektor absorbiert und Elektronen-Loch-Paare kreiert. Die angelegte Hochspannung von ca. 1000 V beschleunigt die Elektronen zur gepixelten Anode, wo ein pulsatiler Stromfluss generiert wird, dessen Amplitude proportional zur Energie des eintreffenden Röntgenphotons ist.

 

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Technische Herausforderungen der PCD-CT

Trotz der vielversprechenden Vorteile der PCD-CT steht diese Technologie vor mehreren wesentlichen technischen Herausforderungen, die besonders in der kardiovaskulären Diagnostik relevant sind: Ein zentrales Problem ist die sogenannte Ladungsteilung (Charge Sharing) bei den Photonen, die nahe der Pixelgrenzen absorbiert werden und ihre Ladung auf benachbarte Detektorzellen aufteilen. Dies führt dazu, dass hochenergetische Photonen fälschlicherweise als niederenergetisch registriert werden, was die Materialunterscheidung beeinträchtigen kann. Ein weiterer kritischer Faktor ist der K-Escape-Effekt, bei dem einfallende Photonen K-Elektronen aus dem Detektormaterial herausschlagen. Die dabei entstehende charakteristische Röntgenstrahlung wird in den Detektorzellen als niedrigenergetisches Photon gezählt, was zu Energiefehleinschätzungen führt. Zudem tritt der Pulse-Pileup-Effekt auf, wenn in großen Detektorzellen mehrere Photonen so dicht aufeinandertreffen, dass sie als ein einziger Puls mit zu hoher Energie registriert werden. Kleinere Detektorpixel können diesen Effekt zwar verringern, jedoch steigern sie die Wahrscheinlichkeit des K-Escape-Effekts. Diese technischen Limitierungen haben insbesondere in der kardiovaskulären Diagnostik, wo präzise Materialdifferenzierung und hochauflösende Bildgebung für die Beurteilung von Koronararterien und Plaques unerlässlich sind, eine besondere Bedeutung.

 

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Optimierte geometrische Dosiseffizienz

Bei der herkömmlichen EID-CT werden reflektierende Septen an den Detektorelementen benötigt, um optische Interferenzen abzuschirmen. Dies führt zu einer Reduktion der nutzbaren Detektorfläche und beeinträchtigt die geometrische Dosiseffizienz [12]. Da die PCD-CT keine Septen benötigt, bietet sie eine erhöhte geometrische Dosiseffizienz und ermöglicht somit eine potenzielle Strahlendosisreduktion [13]. Zusätzlich trägt die Eliminierung von elektronischem Hintergrundrauschen sowie die Möglichkeit zur virtuell monochromatischer Bildrekonstruktionen (VMIO) zu einem verbesserten Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) bei. Besonders vulnerable Patientengruppen, wie jüngere Erwachsene, Frauen und Kinder profitieren von der reduzierten Strahlendosis [14]. Zudem erlaubt die Technologie eine Optimierung der Bildqualität in anspruchsvollen Kohorten: Euler et al. zeigten, dass bei der CT-Aortografie adipöser Patienten durch die Erzeugung von VMIs eine Verbesserung des CNR ohne Erhöhung der Strahlendosis möglich war [15].

 

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Neue Techniken in der kardialen Bildgebung

Ultrahochauflösende CT

Die Detektoreinheiten der gepixelten Anode lassen sich in bis zu vier Subpixel-Einheiten unterteilen. Die separate Auslese dieser Einheiten ermöglicht eine Auflösung anatomischer Strukturen von mehr als 20 Linienpaaren pro Zentimeter (lp/cm) – bekannt als UHR-CT. Kombiniert mit einer EKG-Synchronisation können sowohl prospektive Sequenzuntersuchungen als auch retrospektive Spiraluntersuchungen durchgeführt werden. In initialen Studien konnte gezeigt werden, dass insbesondere die Rekonstruktion mit geringer Schichtdicke und einem hochauflösenden, kantenanhebenden Faltungskern eine optimale Koronardiagnostik [16] und Plaquecharakterisierung [17] ermöglicht. In einer In-vitro- und In-vivo-Studie wurde nachgewiesen, dass die UHR-CT eine verbesserte Genauigkeit der Stenosemessungen im Vergleich zu Rekonstruktionen mit höherer Schichtdicke und weichem Faltungskern aufweist. Bedeutend ist, dass bei 114 Probanden in 53% der Fälle eine unterschiedliche Einstufung nach CAD-RADS erfolgte [18]. In einer prospektiven Studie mit 26 Hochrisikopatienten zeigte die spektrale PCD-CT eine überlegene diagnostische Genauigkeit im Vergleich zur konventionellen CT bei der Quantifizierung von Koronararterienstenosen, mit einem geringeren mittleren Fehler sowie höherer Sensitivität (100% vs. 75%) und Spezifität (90% vs. 50%) [19]. Diese Ergebnisse könnten die Indikation auf ein Kollektiv mit höherem Risiko erweitern, da die Koronar-CT derzeit primär zur Ausschlussdiagnostik bei Patienten mit niedrigem bis mittlerem Risiko empfohlen wird [1]. Hagar et al. integrierten die UHR PCD-CT als retrospektive Spiraluntersuchung in ein Protokoll zur CT-Planung vor invasivem Aortenklappenersatz [20]. Da bei diesem Kollektiv eine höhere Prävalenz einer koronaren Herzkrankheit (KHK) besteht und eine nicht-invasive Bildgebung der Koronararterien aufgrund bestehender Plaques, vorheriger Stents und Kontraindikation zur Applikation von Glyceroltrinitrat oder pharmakologischer Frequenzkontrolle erschwert ist [21], empfehlen internationale Leitlinien ein Screening mittels invasiver diagnostischer Angiografie [22]. Die UHR-CTA zeigte eine hohe diagnostische Genauigkeit und Sensitivität, sodass in 54% der Fälle auf eine rein diagnostische invasive Katheterangiografie verzichtet werden konnte [23]. Ferner scheint die UHR-CT neue Felder für die nicht-invasive Koronardiagnostik mit bekannter KHK zu eröffnen. Die CT-Bildgebung von Patienten mit Koronarstents hat in den Leitlinien lediglich bei großen Stentdurchmessern einen moderaten Empfehlungsgrad [24]. In in-vitro- und in-vivo-Studien zeigte die UHR-CT eine sehr gute diagnostische Performance zur nicht-invasiven Stentdiagnostik [25] [26] [27] [28], auch bei Stents mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm [29]. [Abb. 2] verdeutlicht das Potenzial der UHR-CT in dieser Hinsicht.

Abb. 2 Ultrahochaufgelöste (UHR) CT-Koronarangiografie einer 82-jährigen Patientin mit bekannter koronarer Herzerkrankung und Stent-Implantation im Ramus interventricularis anterior (LAD). a Axiale Rekonstruktion mit 0,2 mm Schichtdicke und vaskulärem Faltungskern (Bv60). b Multiplanare gekrümmte Reformation der LAD. Eine In-Stent-Stenose lässt sich ausschließen. Die detaillierte Auflösung der UHR CT erlaubt eine Differenzierung der Stent-Gitterstruktur von den umgebenden kalzifizierten Plaques (Pfeilspitze).

 

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Potenzial der spektralen Bildgebung

Durch die Rekonstruktion von VMIs bei niedrigen keV-Werten lässt sich in der Koronarbildgebung eine Reduktion der Kontrastmittelmenge um bis zu 25% erreichen, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen [30]. Erste klinische Erfahrungen deuten auf eine gute Bildqualität der VMI in der kardialen Bildgebung hin [31]. Ein wesentlicher Vorteil der PCD-CT ist die Reduktion von Bildartefakten, insbesondere des Blooming-Artefakts, das durch partielle Volumenmittelung entsteht und kleine Strukturen mit hoher Absorption größer erscheinen lässt. Dank der höheren räumlichen Auflösung und der Nutzung hochenergetischer keV-Bilder wird die Genauigkeit bei der Beurteilung kalzifizierter Plaques verbessert, was zu einer präziseren Stenosebewertung führt [32]. Ein PCD-CT-spezifischer Virtuell-Non-Iodine (VNI, „Pure Calcium“)-Algorithmus ermöglicht die Entfernung von Jod aus kontrastmittelgestützten Bildern, während das Kalziumsignal erhalten bleibt. Theoretisch sollte dies eine Quantifizierung der Koronarsklerose nach der Agatston-Methode aus kontrastmittelgestützten Bildern ermöglichen, was in in-vitro-Studien bestätigt werden konnte. Es besteht jedoch eine Diskrepanz zum Agatston-Score aus nativen CTs mit falsch-negativen Befunden, wenn nur eine minimale Sklerose vorliegt [33]. Allerdings zeigte die VNI im Vergleich zur herkömmlichen virtuell-nativen Rekonstruktion eine verbesserte Performance [34] [35]. Darüber hinaus kann erstmals selektiv Kalzium aus kontrastmittelgestützten Bildern entfernt werden, während andere Materialien erhalten bleiben (VNCa, virtual non-calcium). Studien zeigten eine präzisere Stenosenmessung durch die Reduktion von Blooming-Artefakten mittels VNCa. Allerdings kann es auch zu fehlerhaften Plaque-Subtraktionen kommen [36]. Die spektrale Sensitivität der PCD-CT erlaubt die Erstellung von Jod-Karten, die sich besonders in der onkologischen Diagnostik bewährt haben [37]. In der kardialen CT kann dies genutzt werden, um eine Quantifizierung des Extrazellularvolumens in der Late-Enhancement CT durchzuführen [38] [39] oder eine First-Pass-Perfusion zu generieren ([Abb. 3]).

Abb. 3 Spektrale CT-Koronarangiografie eines 91-jährigen Patienten zur Planung vor Aortenklappenersatz. a Multiplanare Reformation des Ramus circumflexus (RCx) mit hochgradiger Stenose bei gemischt-kalzifizierter Plaque. Diese führt zu einem subendokardialen bis transmuralen Perfusionsdefizit der inferiolateralen Wand im Zweikammerblick der Jod-Perfusionskarte (Pfeilspitze in b). Die im Anschluss erfolgte invasive Koronarangiografie mitsamt intravaskulärer Ultraschallbildgebung bestätigt die hochgradige RCx-Stenose. Es erfolgte eine Therapie mittels Stentimplantation (nicht abgebildet).

 

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Vorteile in der Aortenbildgebung

Die EKG-getriggerte CT-Aortografie ist sowohl bei notfallmäßigen Fragestellungen wie Aortensyndromen als auch in der Routinediagnostik, beispielsweise zur präoperativen Planung herzchirurgischer Eingriffe oder zur Kontrolle chronischer Aortenpathologien wie Aneurysmen, unverzichtbar [40]. Limitationen ergeben sich durch die Strahlenexposition und die Notwendigkeit von Kontrastmitteln, was insbesondere bei vulnerablen Patientengruppen, wie Kindern, Schwangeren und Patienten mit Nierenerkrankungen, relevant ist. Die PCD-CT stellt einen vielversprechenden technologischen Fortschritt in der aortalen Bildgebung dar. Im Vergleich zur konventionellen CT sind eine höhere Bildqualität bei der Detektion von Endoleaks, eine reduzierte Strahlendosis sowie eine Senkung des Kontrastmittelbedarfs zu erwarten.

Besonders bei der Detektion von Endoleaks vom Typ II, die nach endovaskulären Aneurysma-Ausschaltungen auftreten, könnte die PCD-CT Vorteile bieten. Diese Leckagen, die durch retrograden Blutfluss in den Aneurysmasack entstehen, häufig über Lumbalarterien oder die Arteria mesenterica inferior, stellen eine Herausforderung für die Bildgebung dar. Insbesondere kleine Leckagen mit langsamer Perfusion sind in herkömmlichen CT-Scans schwer zu identifizieren [41]. Durch die höhere spektrale Auflösung der PCD-CT könnte das Kontrastmittel klarer von thrombotischem Material unterschieden werden, was die Sensitivität und Spezifität bei der Endoleak-Erkennung signifikant verbessert. Gomollon et al. registrierten in diesen Untersuchungen eine verbesserte CNR und damit eine optimierte diagnostische Genauigkeit [42]. Ein weiterer Vorteil der PCD-CT liegt in der Reduktion von Bildartefakten, die durch metallische Implantate oder Stents induziert werden [43]. Darüber hinaus bietet die PCD-CT signifikante Vorteile bezüglich der Strahlenexposition. Um Endoleaks mit unterschiedlicher Dynamik zu detektieren und von Verkalkungen zu differenzieren, wird in der konventionellen CT oft ein dreiphasiges CT-Protokoll mit nativer, arterieller und venöser Phase eingesetzt, das mit einer insgesamt hohen Strahlenexposition verbunden ist. Die spektrale Sensitivität der PCD-CT und die Möglichkeit der virtuell nativen Rekonstruktion erlauben es, auf die native Phase zu verzichten [44]. Euler et al. zeigten in einer Studie mit 40 Patienten, dass die PCD-CT mit VMI-Rekonstruktionen von 40–45 keV das CNR im Vergleich zur EID-CT signifikant verbesserte, besonders bei übergewichtigen Patienten [15]. Zusätzlich zur Strahlendosisreduktion ermöglichte die PCD-CT in Studien und Fallberichten eine erhebliche Verringerung der benötigten Kontrastmittelmenge. Rau et al. berichteten über eine 81-jährige Patientin mit chronischem Nierenversagen, die eine kontrastverstärkte aortoiliakale CT-Angiografie benötigte. Mithilfe der PCD-CT und VMI-Rekonstruktionen von 40 keV konnte die Kontrastmitteldosis auf 9,5 g Jod gesenkt werden, ohne die diagnostische Bildqualität der Angiografie zu beeinträchtigen [45]. Dies entsprach etwa einem Drittel der üblichen Kontrastmitteldosis [45]. In einer prospektiven Studie mit 100 Patienten wurde die CT-Angiografie der thorakoabdominalen Aorta mittels PCD-CT mit der EID-CT verglichen, bei angeglichener Strahlendosis. Es zeigte sich, dass ein um 25% reduziertes Kontrastmittelvolumen mit der PCD-CT eine vergleichbare Bildqualität wie die EID-CT aufwies [46]. Zusammenfassend hat die PCD-CT vielversprechendes Potenzial in der Aortenbildgebung. Vorteile gegenüber EID-Scannern sind eine höhere Bildschärfe und Kontrastdifferenzierung sowie ein erhöhtes CNR durch VMI-Rekonstruktionen. Dies ermöglichte in Studien eine präzise Erkennung von Endoleaks nach endovaskulärer Therapie bei geringerer Strahlenbelastung und eine Reduzierung der Kontrastmittelmenge, was besonders für Patienten mit chronischer Nierenerkrankung vorteilhaft ist ([Abb. 4]). Für den interessierten Leser sei auf die detaillierte Übersichtsarbeit zur PCD-CT und Aortenbildgebung von Zanon et al. verwiesen [47].

Abb. 4 CT-Angiografie der Aorta und der Iliakalgefäße eines 75-jährigen Patienten. a Akquisition mit einem Dual-Source CT der dritten Generation (axiale Schicht, 1,0 mm Schichtdicke, Bv40-Faltungskern) und einer Standard-Kontrastmitteldosis von 80 ml. b Derselbe Patient erhielt eine Nachuntersuchung nach einem Jahr am Dual-Source Photon-Counting CT. Rekonstruktion mittels 40 keV. Es zeigt sich ein größenkonstantes Aneurysma der linken A. iliaca communis von 32 mm (Pfeilspitze). Zu beachten ist, dass hierbei lediglich 25 ml desselben Kontrastmittels (Ultravist370, Bayer) verwendet wurden.

 

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CT-Angiografie peripherer Arterien

Die CTA der unteren Extremitäten ist ein wichtiges diagnostisches Werkzeug zur Beurteilung von Gefäßpathologien, insbesondere bei der Bewertung der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (pAVK). Die PCD-CT bietet Potenzial durch ein verbessertes CNR und eine reduzierte Strahlendosis im Vergleich zur herkömmlichen EID-CT. Insbesondere die Beurteilung kleinerer Arterien der Unterschenkel und in der Peripherie ist durch die begrenzte Auflösung herkömmlicher CT-Detektoren limitiert, was manchmal eine invasive diagnostische Bildgebung erfordert. Gruschwitz et al. führten eine In-vitro-Studie an vier Leichenpräparaten durch, in der die UHR PCD-CT mit dem spektralen Standard-Modus (144 × 0,4 mm Kollimation) verglichen wurde. Die UHR-Scans, die mit einem fixen CT-Dosis-Volumen-Index von 5 mGy und einer Röhrenspannung von 120 kV durchgeführt wurden, zeigten ein geringeres Bildrauschen. Es wurde eine leicht reduzierte intraluminale CT-Dichte gemessen, jedoch ein signifikant verbessertes CNR registriert, insbesondere bei Verwendung von scharfen (Bv60) oder ultrascharfen (Bv76) Faltungskernen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die UHR PCD-CTA auch bei der Gefäßdiagnostik in der Peripherie den bevorzugten Modus darstellen könnte [48]. Rippel et al. verglichen in einer Kohortenstudie die CTA-Bildgebung mittels PCD-CT und EID-CT der unteren Extremitäten. Vierzig Patienten wurden mittels PCD-CT gescannt und mit 40 nach Charakteristika gematchten Patienten verglichen, die zuvor ein EID-CT erhielten. VMIs wurden bei 40–120 keV aus PCD-CT-Daten rekonstruiert, während für die EID-CT Niedrig-kVp-Protokolle (80 und 100 kVp) verwendet wurden. Es zeigte sich, dass 40–60 keV VMIs von PCD-CT signifikant höhere CNR-Werte im Vergleich zu 80 kVp und 100 kVp EID-CT aufwiesen. Die subjektiven Bildqualitätsbewertungen hinsichtlich der Gefäßschärfe, der Abschwächung und der Gesamtqualität waren bei PCD-CT bei niedrigeren keV-Werten höher, jedoch gab es bei höheren keV-Werten keine signifikanten Unterschiede [49]. Eine Studie zur Optimierung von Rekonstruktionsparametern für die PCD-CT-Angiografie der unteren Extremitäten zeigte, dass der Qr60-Kern kombiniert mit dem höchsten QIR-Level (QIR-4) die beste Bildqualität lieferte. Dies führte zu einer signifikanten Rauschreduktion bei gleichzeitiger Erhaltung der Bildschärfe, was insbesondere bei der Beurteilung von Plaques und Gefäßwänden vorteilhaft war [50]. Augustin et al. bewerteten die Bildqualität und diagnostische Genauigkeit der PCD-CTA zur pAVK-Diagnostik bei 39 Patienten (davon 78% mit fortgeschrittener pAVK). Verschiedene vaskuläre Faltungskerne (Bv36, Bv48, Bv56) wurden rekonstruiert und mit der digitalen Subtraktionsangiografie (DSA) als Referenzstandard verglichen. Die Sensitivität für die Stenosequantifizierung blieb unabhängig von der Art des Faltungskerns stabil (~81%), jedoch verbesserte sich die Spezifität bei Verwendung schärferer Kerne, wobei der Bv56-Kern die höchste diagnostische Übereinstimmung mit der DSA zeigte [51]. [Abb. 5] zeigt einen Patienten zur pAVK-Diagnostik am PCD-CT und verdeutlicht die Bedeutung der Verwendung scharfer Faltungskerne. Es ist zu erwarten, dass die PCD-CT in Zukunft die rein diagnostische invasive Angiografie ersetzen kann.

Abb. 5 Axiale CT-Angiografie der unteren Extremität eines 69-jährigen Patienten mit bekannter peripherer Arterieller Verschlusserkrankung (pAVK). a Rekonstruktion in einem weichen Kernel (Bv40) und großem field of view (FOV). b Rekonstruktion in einem kleinen, auf die jeweilige Extremität beschränkten FOV und einem harten Faltungskern (Bv60). Selbst bei sehr kleinen Arterien lassen sich hierdurch kalzifizierte Plaqueanteile vom Lumen differenzieren, was eine genauere Stenosebeurteilung erlaubt (Pfeilspitze).

 

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Ausblick

Die PCD-CT repräsentiert die nächste technologische Entwicklungsstufe in der CT-Bildgebung. Der Aufbau des zugelassenen Detektors, der die hohe zeitliche Auflösung der Dual-Source-Technologie mit einer Photon-Counting Halbleiter-Detektorplattentechnologie kombiniert, hat sich insbesondere in der kardiovaskulären Bildgebung als vielversprechend erwiesen. Es besteht weitgehender Konsens über den grundsätzlichen Nutzen der PCD-Technologie, der durch zahlreiche wissenschaftliche Publikationen gestützt wird. In den kommenden Jahren könnte die PCD-CT die EID-CT schrittweise ablösen. Es bleiben jedoch viele Fragen offen: Zum einen ist eine Kombination aus spektraler Sensitivität und UHR-CT derzeit nicht ohne technische Kompromisse möglich, was das volle Potenzial dieser Technologie noch einschränkt, da bisher nicht alle theoretischen Vorteile der PCD-CT in jeder Akquisition verfügbar sind. Erste explorative Studien deuten auf einen verbesserten klinischen Nutzen der PCD-CT hin, jedoch fehlen bisher prospektiv randomisierte, endpunktbasierte Studien. Diese sind jedoch erforderlich, bevor spezifische Anpassungen der Leitlinien zur PCD-CT erfolgen und klinische Abläufe nachhaltig optimiert werden können. Darüber hinaus ist die Kosten-Nutzen-Effizienz noch nicht ausreichend untersucht.

 

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Zusammenfassung

Die PCD-CT stellt einen bedeutenden Fortschritt in der CT-Bildgebung dar, insbesondere in der kardiovaskulären Diagnostik. Sie ermöglicht durch eine verbesserte Bildqualität, reduzierte Strahlenbelastung und gesteigerte diagnostische Genauigkeit in einigen Studien die Hoffnung, dass die PCD-CT einige der Einschränkungen herkömmlicher CT-Systeme überwinden könnte. Trotz der nachgewiesenen Vorteile sind umfangreiche prospektive Studien erforderlich, um die klinische Anwendung weiter zu validieren. Dieser Übersichtsartikel bietet einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand der Forschung und beleuchtet die Prinzipien und Einsatzmöglichkeiten der PCD-CT in der kardiovaskulären Diagnostik.

 

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Interessenskonflikt

MTH Speakers’ bureau (Siemens Healthineers) CLS Speakers’ bureau (Siemens Healthineers) AVS Unrestricted research grant, speakers’ bureau (Siemens Healthineers) TE Unrestricted research grant, speakers’ bureau (Siemens Healthineers) XC Is an employee of Siemens Healthineers FB Unrestricted research grant, speakers’ bureau (Siemens Healthineers, Bayer Healthcare) All other authors declare no potential conflicts of interest.

• References

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Publication History

Received: 08 September 2024

Accepted after revision: 17 October 2024

Article published online:
20 November 2024