Optimierung technischer Parameter in der Computertomographie (CT) zur Qualitätssicherung in der Patientenversorgung

Abstract

Diese Publikationspromotion umfasst drei in internationalen Fachzeitschriften publizierte Studien, welche eine Optimierung technischer Parameter der Computertomographie (CT) zur Qualitätssicherung in der Patientenversorgung zum Ziel hatten. Qualitätsrelevante Parameter der computertomographischen Bildgebung sind u.a. objektive und subjektive Bildqualität, die resultierende diagnostische Sicherheit, sowie die benötigte Dosis ionisierender Röntgenstrahlung und die verwendete Kontrastmittelmenge. Vor dem Hintergrund des Strahlenschutzes entstanden Protokolloptimierungspotentiale in jüngster Vergangenheit vor allem durch die Einführung iterativer Bildrekonstruktionsalgorithmen in der CT, welche allein oder in Kombination mit anderen Techniken eine Reduktion der Strahlendosis bei erhaltener, bildqualitätsbasierter, diagnostischer Sicherheit ermöglichen. Durch die Kombination iterativer Rekonstruktionen (IR) mit niedrigenergetischer Röntgenstrahlung (niedrig-kVp-Technik) ergeben sich aufgrund spezifischer physikalischer Eigenschaften iodbasierter CT-Kontrastmittel weitere Optimierungspotentiale für einzelne Patientengruppen oder Fragestellungen. Im Rahmen dieser Publikationspromotion wurden in drei prädisponierten Patientenkollektiven Optimierungen der CT-Protokolle durch den Einsatz iterativer Rekonstruktionen bzw. ihrer Kombination mit anderen Techniken zur Reduktion der Strahlendosis und auch der Kontrastmittelmenge durchgeführt. Zudem erfolgte eine Analyse der o.g. qualitätsrelevanten Parameter. In den Ergebnissen der Studien bestätigte sich die Eignung der IR und ihrer Kombination mit anderen Methoden, wie der niedrig-kVp-Technik, zur CT- Protokolloptimierung hinsichtlich Senkung der Strahlendosis und Kontrastmittelmenge ohne Beeinträchtigung der diagnostischen Sicherheit in den akquirierten Bilddaten. Dies hat besondere Relevanz für jüngere Patienten aufgrund ihres höheren Lebenszeitrisikos für die Entwicklung strahleninduzierter Malignome, bei Patienten mit niedrigmalignen Tumoren und regelmäßigen Staging-Untersuchungen aufgrund der akkumulierenden Strahlendosis und der verbundenen Risiken, sowie für Patienten mit Nierenfunktionseinschränkung oder entsprechenden Risikofaktoren, da die Belastung durch verminderte Kontrastmittelmengen reduziert wird.

This thesis comprises three studies investigating the optimization of computed tomography (CT) protocols for better patient care. All three studies were published in peer-reviewed international scientific journals. Relevant quality-related parameters in CT imaging include objective and subjective image quality with resulting diagnostic evidence, applied radiation dose, and contrast agent (CA) volume. Against the background of radiation protection, the recent introduction of iterative reconstruction (IR) algorithms offers options for CT protocol optimization, especially with regard to lowering the radiation dose without compromising image quality. By combining IR with low- energy CT techniques, additional objectives such as CA volume reduction can be achieved by exploiting the physical characteristics of iodine-based CT contrast agents. This thesis investigated CT protocol optimization using iterative reconstruction algorithms and combinations with other methods such as low-energy techniques and CA volume reduction in terms of the above- mentioned quality parameters in three patient populations. The results of the three studies demonstrated the feasibility of IR and its combinations with other methods such as low-energy techniques for CT protocol optimization focusing on radiation dose and contrast agent volume without sacrificing diagnostic confidence. Radiation dose reduction is especially relevant for younger patients with an increased lifetime risk of radiation-induced malignancy, patients with low-grade tumors who require frequent staging examinations and therefore are exposed to high cumulative radiation doses and the related risks, while lowering the amount of contrast agent is important to protect the kidneys in patients with known impairment of renal function or risk factors for renal damage.