Computertomographie
Neue Ära der radiologischen Diagnostik
CT-Experten von Siemens für Deutschen Zukunftspreis nominiert
Die Siemens-Healthineers-Mitarbeiter Prof. Dr. Thomas Flohr, Dr. Björn Kreisler und Dr. Stefan Ulzheimer sind für die Entwicklung, Erprobung und Industrialisierung des ersten quantenzählenden Computertomographen (CT) für den klinischen Routineeinsatz als eines von drei Wissenschaftler-Teams für den Deutschen Zukunftspreis nominiert worden. Mit einem neuartigen Systemkonzept und einer neuen Detektortechnologie bereiten die CT-Experten laut Aussage des Unternehmens den Weg für eine neue Ära der Computertomographie, die die Grundlage vieler medizinischen Entscheidungen bildet.
Mithilfe der revolutionären Bilder quantenzählender CTs werden mehr Menschen in aller Welt von präziseren und schonenderen Untersuchungen bei niedriger Strahlen- und Kontrastmitteldosis profitieren – in der Onkologie und bei der Herz-Diagnostik ebenso wie etwa bei der Verlaufskontrolle bei Covid-19 oder anderen Lungenerkrankungen. Der Deutsche Zukunftspreis ist eine der höchsten deutschen Auszeichnungen für Technik und Innovation und wird am 17. November 2021 von Bundespräsident Dr. Frank-Walter Steinmeier in Berlin verliehen.
Die Grenzen der Computertomographie überwinden
Die Computertomographie ist aus der modernen Medizin nicht wegzudenken, um Erkrankungen schnell zu erkennen. Allein in Deutschland werden jedes Jahr rund 12 Millionen CT-Scans durchgeführt. Dennoch gibt es Krankheiten, bei denen die bisherige CT-Untersuchung keine eindeutige Diagnose liefert. Und bei manchen Erkrankten kommt ein CT-Scan wegen Bedenken aufgrund der Röntgenstrahlung oder jodhaltiger Kontrastmittel nicht in Betracht. Die quantenzählende soll all diese Einschränkungen überwinden.
Herzstück des Systems ist ein neuer quantenzählender Detektor aus Cadmium-Tellurid (CdTe), der gegenüber herkömmlichen CT-Detektoren einen entscheidenden Vorteil bietet: Bisherige CT-Detektoren wandeln die Röntgenstrahlung zunächst in sichtbares Licht um, das auf einen Lichtsensor trifft und auf diese Weise ein Bild erzeugt. Bei diesem Zwischenschritt geht die für die Diagnose wichtige Information über die Energie der Röntgenstrahlen verloren, verringerte Bildkontraste und Bildschärfe sind die Folge.
Im quantenzählenden Detektor verzichtet Siemens Healthineers auf die Umwandlung in sichtbares Licht. Die Röntgenphotonen werden direkt in elektrische Signale gewandelt und gezählt, die Energieinformation bleibt erhalten. Bildschärfe und Bildkontrast würden deutlich verbessert, und die Bilder enthalten neue, aussagekräftige Informationen. Der Einsatz dieser neuen Technologie in einem Dual-Source-CT – also einem System mit je zwei Röntgenstrahlern und Detektoren – verkürzt zudem die Aufnahmezeit. Jede Aufnahme bietet den Ärztinnen und Ärzten mehr und präzisere Informationen als je zuvor.
Doppelt so scharfe Bilder
In allen Bereichen der Medizin, insbesondere dort, wo feinste Strukturen zu beurteilen sind – etwa Blutgefäße, die Lunge oder winzige Knochen –, kann die doppelt so hohe Bildschärfe die Diagnosestellung erleichtern und beschleunigen und den Untersuchten mit eindeutigeren Ergebnissen Unsicherheiten ersparen. Die zusätzliche Nutzung der Energieinformation ermöglicht weitreichende diagnostische Aussagen, sodass auf zeit- und kostenintensive Zusatzuntersuchungen vielfach verzichtet werden kann.
Ein Beispiel hierfür ist die CT-Untersuchung der Herzkranzgefäße: Mussten sich Patientinnen und Patienten mit schweren Verkalkungen oder Stents bisher einer invasiven Herzkatheteruntersuchung unterziehen, lassen sich nun auch auf ihren CT-Aufnahmen Engstellen innerhalb der Herzkrankgefäße sicher erkennen – und dies ohne die Risiken einer invasiven Untersuchung.
Wie bei der Herzuntersuchung spielt die neue Technologie auch bei Aufnahmen eines anderen bewegten Organs, der Lunge, die Stärken der Kombination von hoher Bildschärfe, neuen Bildinformationen und kurzer Aufnahmezeit aus: Kleine Strukturen lassen sich ohne Bewegungsunschärfe beurteilen, die Morphologie wird durch funktionelle Informationen ergänzt; so können etwa Verlaufskontrollen bei Covid-19 deutlich verbessert werden.
40 Prozent weniger Strahlung
Gleichzeitig wird mit der neuen Technologie bis zu 40 Prozent weniger Strahlung oder Kontrastmittel benötigt. So lassen sich nun auch Menschen mittels CT untersuchen, die von dieser nichtinvasiven, schnellen Untersuchungsmethode bisher nicht profitieren konnten. Dank der geringen Strahlendosis werden nach Aussage des Erlanger Medizintechnik-Konzenrs künftig häufiger als bisher regelmäßige CT-basierte Vorsorgeuntersuchungen möglich sein – etwa das Lungenkrebs-Screening, das in vielen Ländern weltweit bereits auf dem Weg zur Standarduntersuchung ist.
Mehrere international renommierte akademische Krankenhäuser im In- und Ausland evaluieren derzeit ein bereits für den klinischen Einsatz freigegebenes Gerät mit insgesamt über 20 Installationen – noch mit einem klaren Forschungsfokus. Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend. »In Zukunft wird jeder Computertomograph ein quantenzählender Computertomograph sein«, ist Prof. Dr. Gabriel P. Krestin überzeugt. Der frühere Präsident der Europäischen Gesellschaft für Radiologie leitet das Institut für Radiologie und Nuklearmedizin am Erasmus-Universitätsklinikum im niederländischen Rotterdam.
Dritte Nominierung in fünf Jahren
Der Deutsche Zukunftspreis wurde 1997 vom damaligen Bundespräsidenten Prof. Dr. Roman Herzog ins Leben gerufen und gilt seither als Symbol für die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit und Innovationskraft Deutschlands. Zu den wichtigsten Auswahlkriterien der Jury gehören, neben der Forschungsleistung, auch die Patent- und Marktfähigkeit der Entwicklung. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Siemens Healthineers wurden zuletzt in den Jahren 2017 (Cinematic Rendering) und 2019 (7-Tesla-Magnetresonanztomographie) für die renommierte Auszeichnung nominiert.
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