Photon-Counting-CT

Der grundsätzliche Aufbau eines PCCT-Systems entspricht dem eines konventionellen Computertomographen und umfasst u.a. Röntgenröhre, rotierende Gantry, Detektorsystem, Hochspannungseinheit und Patientenlagerungssytem.

Der entscheidende Unterschied liegt im Detektorsystem. Während konventionelle CT-Detektoren aus einem Szintillator und einer Photodiode bestehen, verwendet die PCCT direkte Halbleiterdetektoren. Häufig eingesetzte Materialien sind Cadmiumtellurid (CdTe) und Cadmiumzinktellurid (CZT).

Diese Materialien wandeln die Energie der einfallenden Röntgenphotonen direkt in elektrische Signale um – das vermeidet Verluste durch Lichtstreuung und erhöht die Effizienz insbesondere für niederenergetische Photonen, die wesentlich zum Bildkontrast beitragen. Die spektralen Rohdaten erfordern eine leistungsfähige Elektronik und Rekonstruktionsalgorithmen.

Bei der CT erzeugt die Röntgenröhre ein kontinuierliches Röntgenspektrum, das den Körper durchdringt. In photonenzählenden Detektoren wird jedes eintreffende Photon einzeln registriert. Die Höhe des elektrischen Signals ist proportional zur Energie des Photons. Die Elektronik ordnet die Photonen anhand definierter Schwellenwerte verschiedenen Energiebereichen ("energy bins") zu. Dadurch werden neben der Photonenzahl auch Energieinformationen erfasst. Aus diesen Daten können verschiedene Bildtypen rekonstruiert werden:

• konventionelle CT-Bilder mit hoher räumlicher Auflösung
• spektrale Datensätze
• virtuelle monoenergetische Bilder
• Materialkarten zur Materialdekomposition

Die spektrale Information erlaubt eine verbesserte Differenzierung von Geweben und Röntgenkontrastmitteln.

Durch das photonenzählende Detektionsprinzip ergeben sich mehrere technische Vorteile gegenüber der konventionellen CT:

• höhere Ortsauflösung durch kleinere Detektorpixel
• geringeres elektronisches Bildrauschen
• höhere Detective Quantum Efficiency
• spektrale Bildgebung ohne separate Energiequellen
• potenziell geringere Strahlendosis

Da kein Szintillator verwendet wird, treten zudem keine Bildunschärfen durch Lichtstreuung im Detektor auf.

Photonenzählende Detektoren müssen sehr hohe Photonenraten verarbeiten. Dabei können physikalische Effekte auftreten, welche die Energieauflösung beeinflussen, insbesondere:

• Charge-Sharing: Aufteilung der Ladung auf benachbarte Detektorpixel
• Pulse Pile-up: Überlagerung mehrerer Photonenereignisse bei hohem Photonenfluss

Moderne Systeme verwenden spezielle Detektorelektronik und Korrekturalgorithmen, um diese Effekte zu minimieren.

Die Photon-Counting-CT wird vor allem dort eingesetzt, wo eine hohe räumliche Auflösung oder eine verbesserte Materialdifferenzierung erforderlich ist. Wichtige Anwendungsgebiete sind:

• Kardio-CT zur Darstellung von Koronararterien und Plaquen
• Onkologische Radiologie, Neuroradiologie und muskuloskelettale Bildgebung zur Detektion kleiner Läsionen
• Pädiatrie mit potenziell reduzierter Strahlendosis

• 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