Für die die Entwicklung, Erprobung und Industrialisierung des ersten quantenzählenden Computertomographen (CT) für den klinischen Routineeinsatz sind nun drei Siemens-Healthineers-Mitarbeiter als eines von drei Forscher-Teams für den Deutschen Zukunftspreis nominiert worden.
Die Siemens-Healthineers-Mitarbeiter Prof. Dr. Thomas Flohr, Dr. Björn Kreisler und Dr. Stefan Ulzheimer wurden für die Auszeichnung des Bundespräsidenten vorgeschlagen. Ihr quantenzählender Computertomograph bietet bislang unterreicht hohe Bildschärfe und -kontraste sowie eine sehr kurze Aufnahmezeit. Dadurch liefert er neue diagnostische Informationen, die auf herkömmlichen CT-Bildern nicht zu sehen sind. Dazu nutzen die Entwickler ein neuartiges Systemkonzept und eine neue Detektortechnologie.
Informationsverlust
Herzstück der Innovation ist ein neuer quantenzählender Detektor aus Cadmium-Tellurid (CdTe). Verglichen mit herkömmlichen CT-Detektoren hat er einen entscheidenden Vorteil. Bisherige CT-Detektoren wandeln die Röntgenstrahlung zunächst in sichtbares Licht um, das auf einen Lichtsensor trifft und auf diese Weise ein Bild erzeugt. Bei diesem Zwischenschritt geht allerdings die für die Diagnose wichtige Information über die Energie der Röntgenstrahlen verloren. Das verringert sowohl die Bildkontraste und Bildschärfe sind die Folge.
Bildschärfe und Bildkontrast enorm verbessert
Im neuen quantenzählenden Detektor verzichtet Siemens Healthineers auf die Umwandlung in sichtbares Licht. Die Röntgenphotonen werden direkt in elektrische Signale gewandelt und gezählt, die Energieinformation bleibt erhalten. Bildschärfe und Bildkontrast lassen sich so deutlich verbessern. Zudem erhalten die Bilder enthalten neue, aussagekräftige Informationen. Der Einsatz dieser neuen Technologie in einem Dual-Source-CT – also einem System mit je zwei Röntgenstrahlern und Detektoren – verkürzt darüber hinaus die Aufnahmezeit. Jede Aufnahme bietet so den Ärztinnen und Ärzten mehr und präzisere Informationen.
Präzise, nichtinvasive Untersuchungen bin in feinste Strukturen
Doppelt so scharfe Bilder und 40 Prozent weniger Dosis könnten künftig präzise, nichtinvasive Untersuchungen in allen Bereichen der Medizin ermöglichen. Hilfreich ist das vor allem dort, wo feinste Strukturen zu beurteilen sind – etwa Blutgefäße, die Lunge oder winzige Knochen. In diesen Bereichen kann die doppelt so hohe Bildschärfe die Diagnosestellung erleichtern und beschleunigen und den Untersuchten mit eindeutigeren Ergebnissen Unsicherheiten ersparen. Die zusätzliche Nutzung der Energieinformation ermöglicht umfassendere diagnostische Aussagen, so dass auf zeit- und kostenintensive Zusatzuntersuchungen vielfach verzichtet werden kann.
Erleichterungen für Patienten
Ein Beispiel hierfür ist die CT-Untersuchung der Herzkranzgefäße: Mussten sich Patientinnen und Patienten mit schweren Verkalkungen oder Stents bisher einer invasiven Herzkatheteruntersuchung unterziehen, lassen sich nun auch auf ihren CT-Aufnahmen Engstellen innerhalb der Herzkrankgefäße sicher erkennen. Eine invasive Untersuchung ist dazu nicht mehr erforderlich. Wie bei der Herzuntersuchung spielt die neue Technologie auch bei Aufnahmen eines anderen bewegten Organs, der Lunge, die Stärken der Kombination von hoher Bildschärfe, neuen Bildinformationen und kurzer Aufnahmezeit aus: Kleine Strukturen lassen sich ohne Bewegungsunschärfe beurteilen, die Morphologie wird durch funktionelle Informationen ergänzt.
Die 40 Prozent weniger Strahlung oder Kontrastmittel ermöglichen häufiger regelmäßige CT-basierte Vorsorgeuntersuchungen – etwa das Lungenkrebs-Screening, das in vielen Ländern weltweit bereits auf dem Weg zur Standarduntersuchung ist.
Noch in der Entwicklungsphase
Noch befindet sich der quantenzählender Computertomograph in der Entwicklungsphase. Mehrere international renommierte akademische Krankenhäuser im In- und Ausland evaluieren aber bereits ein für den klinischen Einsatz freigegebenes Gerät mit insgesamt über 20 Installationen – noch mit einem klaren Forschungsfokus. Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend. „In Zukunft wird jeder Computertomograph ein quantenzählender Computertomograph sein“, ist Prof. Dr. Gabriel P. Krestin überzeugt. Der frühere Präsident der Europäischen Gesellschaft für Radiologie leitet das Institut für Radiologie und Nuklearmedizin am Erasmus-Universitätsklinikum im niederländischen Rotterdam. Siemens Healthineers plant, die neue Technologie mittel- bis langfristig in jedem seiner Computertomographen einzusetzen.
Deutscher Zukunftspreis
Der Deutsche Zukunftspreis wird am 17. November 2021 von Bundespräsident Dr. Frank-Walter Steinmeier in Berlin verliehen. „Gemeinsam mit dem ganzen Team von Siemens Healthineers freue ich mich über die Nominierung drei unserer führenden CT-Experten für den Deutschen Zukunftspreis. Mit dem quantenzählenden Computertomographen öffnen sie neue Horizonte für die medizinische Bildgebung. Ihre Nominierung ist eine große Ehre für unser gesamtes Unternehmen und zugleich ein Beleg für unsere nachhaltigen Investitionen in Innovation“, sagte Dr. Bernd Montag, CEO Siemens Healthineers.