Spektrale Bildgebung

In der konventionellen Computertomographie (CT) wird die Intensität eines polychromatischen Röntgenstrahls gemessen. Die dabei berechneten CT-Zahlen enthalten jedoch keine direkte Information über die Energieabhängigkeit der Strahlenschwächung. Da unterschiedliche Materialien eine charakteristische energieabhängige Strahlenschwächung aufweisen, kann durch die Erfassung mehrerer Energiespektren eine bessere Materialdifferenzierung erreicht werden. Dieses Prinzip bildet die Grundlage der spektralen Bildgebung.

Die Strahlenschwächung von Röntgenphotonen hängt von der Photonenergie und den Materialeigenschaften ab. Insbesondere unterscheiden sich Materialien in:

• Ordnungszahl
• Elektronendichte
• energieabhängiger Wechselwirkung durch Photoeffekt und Compton-Effekt

Durch Messung der Strahlung bei mehreren Energien kann die gemessene Schwächung mathematisch in materialspezifische Komponenten zerlegt werden (Materialdekomposition).

In der radiologischen Bildgebung wird spektrale Bildgebung vor allem in der Dual-Energy-CT eingesetzt. Technische Ansätze sind:

• Dual-Source-CT mit zwei Röntgenröhren unterschiedlicher Röhrenspannung
• CT-Systeme mit Dual-Layer-Detektoren
• CT-Systeme mit spektralen Filtern

Des Weiteren ermöglicht das Photon-Counting-CT eine spektrale Bildgebung

Aus spektralen CT-Daten können verschiedene Bildtypen berechnet werden, darunter:

• virtuelle monochromatische Bilder (VMI)
• Materialkarten (z.B. Jodkarten)
• virtuelle Nativbilder (VNC)
• virtuelle nicht-kalzifizierte Bilder (VNCa)

Diese Rekonstruktionen ermöglichen eine materialspezifische Analyse der Bilddaten.

Spektrale Bildgebung wird unter anderem eingesetzt für:

• Differenzierung verschiedener Kontrastmittel oder Gewebe
• Darstellung und Quantifizierung von Jod-haltigem Kontrastmittel
• Reduktion von Metallartefakten
• Charakterisierung von Plaques oder Nierensteinen
• onkologische Bildgebung und Perfusionsanalyse