Photon-Counting-CT
Englisch: photon-counting computed tomography, PCCT, photon-counting detector CT, PCD-CT
Definition
Die Photon-Counting-CT ist eine Weiterentwicklung der Computertomographie, bei der photonenzählende Halbleiterdetektoren eingesetzt werden. Diese registrieren jedes einzelne Röntgenphoton und bestimmen dessen Energie, wodurch im Unterschied zu konventionellen energieintegrierenden Detektoren eine spektral aufgelöste, rauschärmere Bildgebung mit höherer räumlicher Auflösung möglich wird. Ziel ist eine präzisere Gewebedifferenzierung bei potenziell geringerer Strahlenexposition.
Aufbau
Eine Photon-Counting-CT-Anlage besteht aus Röntgenröhre, rotierender Gantry, Hochspannungseinheit, Detektorsystem, Rekonstruktionshardware/-software und Patientenlagerung. Der entscheidende Unterschied liegt im Detektor: Anstelle eines Szintillators nutzt die PCCT Halbleiterdetektoren (meist Cadmium-Zink-Tellurid, CdZnTe), die Photonen direkt in elektrische Signale umwandeln. Jedes Photon erzeugt eine Ladung, deren Höhe der Photonenenergie entspricht; über elektronische Schwellenwerte („energy bins“) erfolgt eine Einteilung nach Energie. Die direkte Detektion vermeidet Verluste durch Lichtstreuung, senkt elektronisches Rauschen und erhöht die Effizienz insbesondere für niederenergetische Photonen, die wesentlich zum Bildkontrast beitragen. Die spektralen Rohdaten erfordern leistungsfähige Elektronik und Rekonstruktionsalgorithmen.
Funktionsprinzip
Die Röntgenröhre emittiert ein kontinuierliches Energiespektrum, das den Körper durchdringt und am photonenzählenden Detektor erfasst wird. Jedes Photon wird gezählt und seiner Energie einem Kanal zugeordnet. Aus Anzahl und Energieverteilung entstehen
- Standardbilder mit hoher Detailauflösung und geringem Rauschen,
- virtuelle monoenergetische Bilder sowie
- Materialkarten (Materialdekomposition) zur Trennung von Geweben/Kontrastmitteln.
Spektrale Trennung reduziert Strahlungshärtung und unterstützt Materialanalysen. Technische Herausforderungen sind Charge-Sharing (Energieaufteilung auf benachbarte Pixel) und Pulse Pile-up bei hohem Photonenfluss; moderne Systeme kompensieren dies durch Elektronik und Korrekturalgorithmen.
Einsatzgebiete
Die PCCT wird in Bereichen genutzt, in denen hohe Auflösung, präzise Gewebedifferenzierung oder Dosisreduktion entscheidend sind. In der Kardiologie verbessert sie die Darstellung von Koronararterien, Plaques und Stents bei reduziertem Artefaktaufkommen. In der Onkologie erleichtert sie die Detektion kleiner Läsionen und die Quantifizierung von Kontrastmittelverteilungen. In der Neuroradiologie profitieren die Differenzierung grauer/weißer Substanz und die Frühdetektion kleiner ischämischer Areale. Auch Pädiatrie und muskuloskelettale Diagnostik profitieren, da bei niedriger Dosis eine hohe Bildqualität erreicht werden kann.
Literatur
- Leng S, Bruesewitz M, Tao S, et al. Photon-counting Detector CT: System Design and Clinical Applications of an Emerging Technology. Radiographics. 2019;39(3):729-743. doi:10.1148/rg.2019180115
- Flohr T, Schmidt B. Technical Basics and Clinical Benefits of Photon-Counting CT. Invest Radiol. 2023;58(7):441-450. doi:10.1097/RLI.0000000000000980
- Sartoretti T, Wildberger JE, Flohr T, Alkadhi H. Photon-counting detector CT: early clinical experience review. Br J Radiol. 2023;96(1147):20220544. doi:10.1259/bjr.20220544