Röntgenbildgebung und Computertomographie

  • Bildgebung und Radioonkologie

Prof. Dr. Marc Kachelrieß

Die Röntgen-Computertomographie (CT) ist eines der wichtigsten Instrumente in der Radiologie. Sie basiert darauf, dass man die Schwächung von Röntgenstrahlung aus einer Vielzahl von Blickwinkeln um den Patienten herum misst. Seit ihrer Einführung im Jahr 1972 hat die Bedeutung der CT für die medizinische Versorgung immens zugenommen. In über vier Jahrzehnten wurden große technische, mathematische, algorithmische und klinische Verbesserungen auf diesem Gebiet erzielt.

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Unsere Forschung

Heute vollziehen die modernsten klinischen CT-Scanner bis zu vier Rotationen pro Sekunde und erstellen dabei bis zu 320 Schnittbilder, die ein Messfeld von 50 cm Durchmesser und bis zu zwei Meter Länge abdecken. Patienten können in weniger als fünf Sekunden komplett per CT begutachtet werden und dies mit einer isotropen räumlichen Auflösung von bis zu 0,3 mm, einer zeitlichen Auflösung im Bereich von 70 Millisekunden und einem Bildrauschen von weniger als fünf Prozent des Bildkontrasts. Weiterhin können mittels Dual-Energy-CT die spektroskopischen Eigenschaften von Objekten beurteilt werden, so zum Beispiel die exakte Quantifizierung der Jodmenge in Muskelgewebe oder die chemische Zusammensetzung von Nierensteinen im Vorfeld der Behandlung. Das Spektrum klinischer CT-Anwendungen ist vielfältig und differenziert. Zu den typischen Anwendungsgebieten zählen standardmäßige CT-Untersuchungen, Ganzkörper-CT bei Notfallpatienten, Kardio-CT, Dual-Energy-CT, dynamische CT, CT-Angiographie, Knochendichtemessung, CT der Lunge zur Früherkennung, virtuelle Koloskopie u.v.m.

Neben der klinischen Computertomographie sind heute zahlreiche weitere CT-Varianten in der Medizin im Einsatz. So wird für interventionelle Untersuchungen beispielsweise häufig die C-Bogen-CT eingesetzt, bei der ein Flachdetektor und eine kleine Röntgenquelle um den Patienten rotieren. In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie bei der Planung von Zahnimplantaten stützt man sich häufig auf die sogenannte digitale Volumentomographie (DVT), ein spezielles Flachdetektor-CT-System für den Kopf des Patienten. In der bildgestützten Strahlentherapie werden gleich zwei CT-Varianten eingesetzt: ein klinischer CT-Scanner für die Bestrahlungsplanung und eine Behandlungseinheit, die mit speziellen Flachdetektor-CT-Systemen für die Patientenlagerung und Behandlungsverifikation ausgestattet sind. In der präklinischen Bildgebung kommen spezielle Kleintier-CT-Systeme zum Einsatz. Sie unterstützen pharmazeutische Längsschnittstudien, die zum Beispiel darauf abzielen, das Tumoransprechen oder den Einfluss von anderen Medikamenten zu beobachten. Die CT wird auch oft in multimodalen Szenarien genutzt, um früher gewonnene Informationen in anderen Modalitäten zu ergänzen. Zu den wichtigsten solchen Szenarien in der medizinischen Versorgung zählen Kombinationen von PET (Positronenemissionstomographie) mit CT oder SPECT (Einzelphotonen-Emissionstomographie) mit CT.

Die Abteilung „Röntgenbildgebung und Computertomographie“ des DKFZ arbeitet daran, die Röntgen und CT-Bildgebung in allen Aspekten zu verbessern. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Krebserkennung und Tumorcharakterisierung. Während Themen wie Kalibrierung, Vorverarbeitung und Reduzierung der Strahlendosis in beiden Bereichen gleichermaßen relevant sind, liegt unser Augenmerk im Bereich der CT-Forschung auf der radiographischen und tomographischen Bildgebung, der hochentwickelten Bildrekonstruktion sowie Techniken zur Reduzierung von Artefakten. Hierzu zählen die Entwicklung neuer Methoden, um Echtzeitbildgebung zeitgleich mit der Strahlenbehandlung zu vollziehen und die gewonnenen Informationen aus dem kV- Aufnahmegerät potenziell mit den Portal-Imaging-Aufnahmen aus dem MV-Behandlungsstrahl zu kombinieren. Ferner die Entwicklung neuer Algorithmen für die Registrierung und Rekonstruktion mit dem Ziel der Kompensation von Patientenbewegungen sowie die Entwicklung neuer multispektraler Bildgebungstechniken, um die Tumordiagnostik zu verbessern und den quantitativen Gewebeabbau in die chemischen Hauptkomponenten zu berücksichtigen. Außerdem zielen einige unserer Projekte darauf ab, ursprünglich für CT entwickelte Methoden auf andere Bildgebungsvarianten wie z.B. MRT und PET zu übertragen und dafür anzupassen.

Forschungsgebiete

• Artefaktreduktion und -korrektur
• Kalibrierung von CT-Systemen
• Kardio-CT
• Klinische CT
• Dental-CT und dentale Röntgenbildgebung
• Entwurf von CT-Systemen
• Dosisreduktion
• Dual-energy CT
• Photonenenzählende CT
• Schnelle Bildrekonstruktion
• Bildführung für die Strahlentherapie
• Industrielle CT
• Interventionelle CT
• Monte Carlo-basierte Dosis- und Streustrahlschätzung
• Kompensation von Herz- und Atembewegungen in CT, PET, und MRT
• Bildrekonstruktion aus unterabgetasteten Daten
• Perfusions-CT
• Vor- und Nachverarbeitung
• Präklinische CT
• Quantitative PET-Bildgebung
• Radar-basierte Schätzung von Atemsignalen
• Tomographische Bildrekonstruktion und Restauration

Team

24 Mitarbeiter:innen

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  • Dr. Joscha Maier

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  • Jovenpreet Mandair

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  • Dr. Philip Trapp

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Gesamtes Team

Preisgekrönte Publikationen

2022 - Med. Phys. 2022
2021 - Med Phys. 2021
2016 - Med. Phys. 2016

Aktuelle Publikationen

Med Phys. 2025.
Alle Publikationen

Konferenzbeiträge

2025  EPCCT | iCT | SPIE | ECR | ESTRO | AAPM
2024  iCT | SPIE | ECR | RöKo | AAPM | CT Meeting | DGMP/ECMP | MIC | RSNA
2023  ESMPE | ECR | Pichl | RöKo | Fully3D | DGMP | ESMPE | MIC | RSNA
2022  SPIE | ECR | DSMF | BHPA | ESTRO | RöKo | CT Meeting | ECMP | RSNA
2021  ECR | NACP | RöKo | ECMP | Fully3D | AAPM | DGMP | MIC | RSNA | AFOMP
2020  iCT | SPIE | ECR | EMIM | ESTRO | AAPM | CT Meeting | DGMP | EANM | RSNA
2019  BASP | SPIE | ECR | ESTRO | ISMRM  | CARAT | RöKo | Fully3D | AAPM | DGMP | RSNA
2018  Garmisch | iCT | SPIE | ECR | Pichl | CT Meeting | ISMRM | ECMP | DGMP | MIC | RSNA
2017  SPIE | ECR | RöKo | Fully3D | EANM | MIC | RSNA
2016  iCT | SPIE | ECR | Pichl | ESTRO | ISMRM | PSMR | CT Meeting | WMIC | MIC | RSNA
2015  Lorentz | SPIE | ECR | Pichl | ESTRO | RöKo | PSMR | Fully3D | ISMRM | RSNA
2014  SPIE | ECR | Pichl | ESTRO | RöKo | EMIM | CT Meeting | MIC | RSNA
2013  VSRN | SPIE | ECR | RöKo | Fully3D | APT | ICTMS | DGMP | MoBi | RTSD | RSNA
2012  SPIE | ECR | Pichl | RöKo | SCCT | iCT | CT Meeting | MIC | RSNA

Phantoms (English only)

Anthropomorphic Phantoms:

Abdomen | Head | Hip | Jaw | Lung | Thorax

Physical Test Objects:

Artifacts | Low Contrast

Others:

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