Eine Frage der Dosis

Ein Phantomkörper im Somatom Force-CT, einem CT-Gerät neuester Technik.

Zur Simulation eines ausgewachsenen Brustkorbs wurde unter anderem ein Lungman-N1-Phantom verwendet, in das künstliche Lungenrundherde eingesetzt wurden. Hier liegt der Phantomkörper im Somatom Force-CT, einem CT-Gerät neuester Technik, welches sich im Eigentum der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen befindet. Aus den CT-Daten wurden insgesamt 72 CT-Bildserien und 288 CT-Bilder, für die quantitative Phantomstudie rekonstruiert. Ihre Dissertation erstellte Britta König im Rahmen einer kooperativen Promotion bei Prof. Dr. Waldemar Zylka in der Forschungsgruppe Medizintechnik an der WH. Doktorvater an der UDE war Priv.-Doz. Dr. med. Hilmar Kühl. Foto: Britta König

Die Computertomographie (CT) ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Diagnose von Krebserkrankungen. Die Technologie nutzt eine Kombination aus Röntgenstrahlen und Computeranalyse, um ein detailliertes 3-D-Bild des Körpers zu erzeugen. Auf diese Weise kann die CT dazu beitragen, Tumore frühzeitig zu erkennen, das Stadium zu bestimmen und das Ausmaß der Ausbreitung zu beurteilen. Besonders nützlich erweist sich das Verfahren bei der Untersuchung von Organen, die schwer zugänglich oder schwierig zu untersuchen sind, wie beispielsweise Leber, Nieren und Lunge. Aufgrund der Strahlenbelastung birgt die Prozedur aber immer ein Risiko und muss daher sorgfältig abgewogen werden, um sicherzustellen, dass der medizinische Nutzen überwiegt. Britta König hat im Rahmen ihrer Doktorarbeit daran geforscht, ob ein Lungenkrebsscreening mit niedrigdosierter Strahlung zu gleichen diagnostischen Ergebnissen führt wie ein Standard-Hochkontrast-Protokoll. Im kooperativen Promotionsverfahren zwischen der Abteilung Physikalische Technik der Westfälischen Hochschule (WH) und der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen (UDE) erlangte sie im Juni 2022 ihren Doktorgrad der Naturwissenschaften in der Medizin.

Verschiedene Studien aus den USA und Europa belegen bereits die Fähigkeit der sogenannte Low-Dose-Computertomographie (LDCT), Lungenkarzinome frühzeitig zu erkennen und die Lungenkrebstodesrate bei Männern und Frauen deutlich zu senken. Die Einführung eines solchen Screenings für Hochrisikopatientinnen und -patienten wird in Deutschland erwartet. Im Dezember 2021 veröffentlichte das Bundesamt für Strahlenschutz einen Bericht, der den Nutzen des Verfahrens für Hochrisikogruppen feststellte. Der LDCT-Ansatz unterliegt bislang allerdings keiner einheitlichen Screeningprozedur, Diagnostik und rechtlichen Regelung. Vielmehr existiert eine Vielzahl von dosissparenden Hochkontrast-CT-Protokollen für die Erkennung von Lungenrundherden. Um die hohen Qualitätsansprüche bei der Dosisreduktion an die Bildqualität zu erfüllen, bieten CT-Scanner-Hersteller unterschiedliche Lösungen an. Britta König, die an der WH Medizintechnik studierte, konzentrierte sich in ihrerForschung auf die Eignung der Niedrigdosis-Computertomographie mit modellbasierter iterativer Rekonstruktion (MBIR) für das Lungenkrebsscreening. 

Für ihre experimentelle Studie präparierte König zwei verschiedene Thorax-Dummies – sogenannte Phantomkörper – mit künstlichen Tumorherden. Diese simulierten sowohl Metastasen als auch sekundäre Lungentumore und wurden auf markierte Positionen an je einem QRM-Thorax-Phantom und Lungman-N1-Phantom fixiert. Beide Thoraxphantome wurden aus Mitteln der Westfälischen Hochschule finanziert. Jedes Thoraxphantom wurde anschließend mit einem Standard-Hochkontrast-Protokoll und zwei Niedrigdosis-CT-Protokollen gescannt. Auf diese Weise sind im Laufe ihrer Forschungsarbeit 61 Volumenscans entstanden. Für die CT-Scans nutzte Britta König einen Somatom Force-CT, einen CT-Scanner neuester Technik der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen. 

Die Aufnahmen wurden Radiologen mit unterschiedlicher Berufserfahrung zur Bildqualitätsanalyse und Diagnostik vorlegt. Diese bewerteten die Erkennbarkeit der verschiedenen künstlichen Lungenrundherde anhand gängiger medizinischer Richtlinien. Die Radiologen stellten subjektiv fest, dass mittlere bis hohe modellbasierte IR-Stärken am besten für die Erkennung von Lungenknoten mit LDCT geeignet sind. Die von Britta König analysierten Ergebnisse legen nahe, dass die MBIR eine geeignete Alternative zur konventionellen gefilterten Rückprojektion (FBP) ist und ein Lungenkrebsscreening bei deutlich geringerer Strahlendosis und gleicher oder besserer Bildqualität ermöglicht.

„Britta Königs Doktorarbeit zeigt, dass Innovation in der Medizintechnik entscheidend ist, zum Beispiel im Kampf gegen den Krebs. Mit ihrer Forschung hat sie wichtige Erkenntnisse in Richtung einer niedrigdosierten Screeningprozedur vorgelegt und damit einen relevanten Beitrag zur Früherkennung von Lungenkrebs geleistet“, sagt Prof. Dr. Waldemar Zylka, von der Abteilung Physikalische Technik im Gelsenkirchener Fachbereich Elektrotechnik und angewandte Naturwissenschaften, der die Dissertation seitens der Westfälischen Hochschule betreut hat.

(Lisa Kurpiun)