Kegelstrahl-Computertomographie

Die Kegelstrahl-Computertomographie (Kegelstrahl-CT, engl. cone-beam CT, auch CBCT) ist eine Bildgebungsmodalität, die sowohl in der Medizinischen Bildgebung als auch in der industriellen Computertomographie eingesetzt wird[1]. Die eingesetzten Röntgenstrahlen werden dabei im Gegensatz zur diagnostischen Computertomographie nicht als Fächer (Fächerstrahl-CT), sondern als Kegel kollimiert (Kegelstrahl-CT)[2]. Der Detektor ist daher nicht als Zeilen- oder Mehrzeilen-Detektor ausgeführt, sondern besteht aus einer, häufig annähernd quadratischen Fläche. Flachdetektoren haben heute die früher eingesetzten Bildverstärkerröhren fast vollständig abgelöst.

Schematische Darstellung der Kegelstrahl-CT mit Flachdetektor.

Medizinische Anwendung

Kegelstrahl-CTs werden unter anderem in C-Bögen, Angiographieanlagen, DVT-Systemen sowie bei der integrierten Bildgebung medizinischer Linearbeschleuniger eingesetzt. Technisch sind die Übergänge fließend, da auch bei der diagnostischen Computertomographie mit zunehmender Anzahl der Detektorzeilen eine Kegelstrahl-Charakteristik vorliegt.[3]

Nicht-medizinische Anwendung

Die Kegelstrahl-CT ist ein Standardverfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung. Hier wird sie in allen erdenklichen Größen eingesetzt, so dass Systeme mit einer Auflösung von wenigen μm für wenige Millimeter große Werkstücke ebenso kommerziell erhältlich sind wie Systeme, die Objekte mit mehreren Metern Durchmesser untersuchen können[4].

Trajektorien und Bildrekonstruktion

Kegelstrahl-CT-Systeme weisen im Vergleich zu diagnostischen CT-Systemen eine relativ langsame Rotation von mehreren Sekunden bis hin zu Minuten pro Umlauf auf. Nur zum Teil ist der mechanische Aufbau der Systeme hier ein Grund. Bedingt durch die vergleichsweise geringen Ausleseraten aktueller Flachdetektoren auf CsI-Basis (ca. 10–100 fps) eignen sie sich gar nicht für kürzere Rotationszeiten und damit für höhere Winkelgeschwindigkeiten[5].

Die am häufigsten eingesetzte Aufnahmetrajektorie ist eine Kreisbahn, die mechanisch einfach zu implementieren ist. Als Standardrekonstruktion wird dabei vor allem die nach den Autoren Feldkamp, Davis und Kress kurz als FDK-Algorithmus benannte Implementierung einer gefilterten Rückprojektion eingesetzt.[6] Nachteil diese Bahnkurve ist, dass nur die zentrale Schicht die Tuy-Bedingung erfüllt, also nur in dieser mathematisch vollständige Daten vorliegen[7].

Einzelnachweise

Empfehlung der Strahlenschutzkommission: Cone Beam-Computertomografie (CBCT) und Mammatomosynthese (Verabschiedet in der 277. Sitzung der Strahlenschutzkommission am 02./ 3. Juli 2015)
Jeffrey Siewerdsen: Cone-Beam CT Systems. In: Computed Tomography: Approaches, Applications, and Operations (en). Springer Nature Switzerland, Cham 2019, ISBN 978-3-03026956-2, S. 20.
Thorsten M. Buzug: Einführung in die Computertomographie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004, ISBN 978-3-642-62184-0
Christina Merkel: Bagger, bitte zum Röntgen! Größter Tomograph der Welt in Fürth. (Nürnberger Zeitung).
Wolfgang Schlegel et al.: Medizinische Physik, Springer Nature 2018, ISBN 978-3-662-54800-4
L. A. Feldkamp, L. C. Davis, and J. W. Kress: Practical cone-beam algorithm,, J. Opt. Soc. Am. A 1, 612-619 (1984). DOI 10.1364/JOSAA.1.000612
Joachim Hornegger: CT Image Reconstruction Basics, Vorlesungsskript

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[1] Empfehlung der Strahlenschutzkommission: Cone Beam-Computertomografie (CBCT) und Mammatomosynthese (Verabschiedet in der 277. Sitzung der Strahlenschutzkommission am 02./ 3. Juli 2015)

[2] Jeffrey Siewerdsen: Cone-Beam CT Systems. In: Computed Tomography: Approaches, Applications, and Operations (en). Springer Nature Switzerland, Cham 2019, ISBN 978-3-03026956-2, S. 20.

[3] Thorsten M. Buzug: Einführung in die Computertomographie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004, ISBN 978-3-642-62184-0

[4] Christina Merkel: Bagger, bitte zum Röntgen! Größter Tomograph der Welt in Fürth. (Nürnberger Zeitung).

[5] Wolfgang Schlegel et al.: Medizinische Physik, Springer Nature 2018, ISBN 978-3-662-54800-4

[6] L. A. Feldkamp, L. C. Davis, and J. W. Kress: Practical cone-beam algorithm,, J. Opt. Soc. Am. A 1, 612-619 (1984). DOI 10.1364/JOSAA.1.000612

[7] Joachim Hornegger: CT Image Reconstruction Basics, Vorlesungsskript