TY  - THES
A1  - Pannenbecker, Pauline Luisa
T1  - Vergleich von Dual- und Single-Source Dual-Energy CT in der Diagnostik der akuten Lungenarterienembolie hinsichtlich Bildqualität und Strahlendosis
T1  - Comparison of Dual- and Single-Source Dual-Energy CT for the Diagnosis of Acute Pulmonary Embolism Regarding Image Quality and Radiation Dose
N2  - Hintergrund: Die CT-Pulmonalisangiographie (CTPA) ist diagnostischer Goldstandard der Diagnostik der Lungenarterienembolie (LAE). Durch Dual-Energy CT (DECT) können mithilfe von Joddistributionskarten LAEs auf Segment- und Subsegmentebene besser detektiert werden. Neben der etablierten Dual-Source-Technik ermöglicht ein Split-Filter eine DECT-Akquisition mit Single-Source-Scannern. Ein solcher SF-DECT-Scanner sollte hinsichtlich der Bildqualität sowie der Strahlendosis mit einem etabliertem DS-DECT-Gerät verglichen werden.
Material und Methoden: Insgesamt wurden 135 Patienten eingeschlossen, die eine CTPA erhielten: 68 erhielten einen DS-DECT-Scan mit 90/Sn150 kV und 67 einen SF-DECT-Scan mit Au/Sn120 kV. Für beide Protokolle wurden farbkodierte Joddistributionskarten erstellt. Die objektive (CT-Abschwächung in relevanten Gefäßen in HU, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR), perfused blood volume (PBV)) und subjektive Bildqualität (2 Befunder (B), 5-Punkte-Likert-Skala) sowie Dosisparameter wurden erhoben und verglichen. 
Ergebnisse: Alle CTPAs waren von diagnostischer Qualität. Ihre subjektive Bildqualität wurde in 80,9/82,4% (B1/B2) der DS-DECT und in 77,6/76,1% der SF-DECT als exzellent oder gut bewertet. Die subjektive Bildqualität der Joddistributionskarten der SF-DECT wurde von beiden Befundern als schlechter beurteilt. Die HU-Werte der relevanten Gefäße unterschieden sich nicht signifikant (p>0.05), SNR und CNR der SF-Gruppe waren in zentralen Gefäßen jedoch höher (p<0.05); die PBV-Werte der SF-Gruppe waren teils höher (p<0.05). Alle erhobenen Dosisparameter waren in der SF-Gruppe höher (p<0,05).
Konklusion: In der diagnostischen Abklärung eines V.a. eine akute LAE ermöglicht der Einsatz eines Split-Filters an einem Single-Source-CT-Scanner eine Dual-Energy-Untersuchung. Dies geht im Vergleich zu etablierten DS-Scannern jedoch mit einer schlechteren Qualität der Joddistributionskarten und einer höheren Strahlendosis einher.
N2  - Background: CT pulmonary angiography (CTPA) has established as reference standard in the diagnostic workup of suspected pulmonary embolism (PE). With dual-energy CT (DECT), iodine maps can help to detect segmental and subsegmental PEs. Next to established dual-source techniques, the use of a split-filter enables DECT acquisition with single-source scanners. This study compared a SF-DECT scanner with an established DS-DECT scanner with regard to image quality and radiation dose.
Material and Methods: A total of 135 patients receiving a CTPA were included: 68 received a DS-DECT scan with 90/Sn 150 kV and 67 received a SF-DECT scan with Au/Sn 120 kV.  Color-coded iodine-distribution maps were reconstructed for both protocols. Objective (CT attenuation in relevant vessels in HU, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR), perfused blood volume (PBV)) and subjective image quality (2 readers (R), 5-point Likert scale) as well as radiation dose parameters were documented and compared. 
Results: All CTPAs were of diagnostic image quality. Subjective image quality was rated as excellent or good in 80,9/82,4% (R1/R2) of DS-DECT scans and in 77,6/76,1% of SF-DECT scans. Subjective image quality of iodine maps of SF-DECT scans was rated lower by both readers. For objective image quality, CT attenuation in HU of relevant vessels did not differ significantly (p>0.05), while SNR and CNR of central vessels in the SF-collective were significantly higher (p<0.05); some PBV-values of the SF-collective were significantly higher (p<0.05). All assessed radiation dose parameters were significantly higher in the SF-collective (p<0.05). 
Conclusion: In the diagnostic workup of suspected PE the use of a split-filter enables dual-energy acquisition with a single-source CT scanner. However, this is associated with a lower image quality of iodine maps and a higher radiation dose compared to established DS scanners.
KW  - Lungenembolie
KW  - Dual-Source-Computertomographie
KW  - Computertomografie
KW  - Strahlendosis
KW  - Single-Source-Dual-Energy-CT
KW  - Split-Filter-Dual-Energy-CT
KW  - Image Quality
KW  - Bildqualität
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-352064
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ilgen, Lukas
T1  - Ermittlung cochleärer Längen- und Winkelmaße mittels Flachdetektor-Volumen-Computertomographie - Evaluation der Anwendung sekundärer Rekonstruktionen
T1  - Analysis of the cochlear duct and angular length by flat-panel volume computed tomography - Evaluation of the use of secondary reconstructions
N2  - Für die Cochlea-Implantat-Versorgung ist die Kenntnis der individuellen Anatomie der Hörschnecke im perioperativen Kontext essenziell, um ein suffizientes audiologisches Resultat sicherzustellen. Ein akkurates Verfahren hierfür stellt die 3D multiplanare Rekonstruktion (3D-curved MPR) in Schnittbildgebung dar. Notwendige Voraussetzung ist jedoch eine hinreichende Bildqualität. In dieser Arbeit wurde das Augenmerk auf die sekundäre Rekonstruktion von Primärdatensätzen der Flachdetektor-Volumen-Computertomographie (fpVCTSECO) gerichtet. Diese bietet nämlich die Möglichkeit, die Bildqualität zu steigern, ohne jedoch eine als kritisch einzuschätzende Dosissteigerung in Kauf nehmen zu müssen.
Es konnte gezeigt werden, dass es für die Messung der Länge von 2 Schneckenwindungen (2TL), der gesamten cochleären Länge (CDL) und dem Winkelmaß (AL) mittels 3D-curved MPR in der fpVCT keinen signifikanten Unterschied gegenüber der Mehrschicht-CT gibt. In beiden Modalitäten wurden alle drei Parameter gegenüber der Referenzbildgebung micro-CT deutlich unterschätzt. Durch die fpVCTSECO war es möglich, die Genauigkeit der Messungen zu steigern und den Werten der Referenz anzunähern. Lediglich für AL muss eine geringfügige systematische Unterschätzung beachtet werden.
Postoperativ zeigte sich mit einliegendem Elektrodenträger für 2TL eine ebenso präzise Messung wie präoperativ ohne. Jedoch wurde die CDL um circa 0,5 - 0,7 mm unterschätzt. Ursächlich hierfür dürften vor allem Metallartefakte gewesen sein. Auch wenn die 3D-curved MPR in Kombination mit der fpVCTSECO postoperativ zur Visualisierung der räumlichen Beziehung von Elektrodenträger, Modiolus und ossärer lateraler Wand sehr gut geeignet war, so muss sich der Einfluss dieser Diskrepanz für die audiologische Anpassung in Zukunft erst noch zeigen.
N2  - Knowledge of the individual anatomy of the cochlea is essential for optimal hearing perception outcomes in cochlear implantation. 3D-curved multiplanar reconstruction (3D-curved MPR) in cross-sectional imaging is a very precise method. But for this purpose, high-resolution quality is an indispensable requirement. In this study, special attention was turned to secondary reconstruction of primary data of flat-panel volume computed tomography (fpVCTSECO). This postprocessing application provides an opportunity to increase image quality. Beneficially, there is no need of applying additional radiation dose, which should always be regarded critically.
For the cochlear duct length (CDL), the two-turn length (2TL) and the angular length (AL), there were no statistically significant differences between fpVCT and multislice computed tomography applying 3D-curved MPR. In contrast to reference imaging modality micro-CT, a clinically relevant underestimation of all three parameters was evident. Using fpVCTSECO, precision of measurements could be increased significantly. It was possible to reach the accuracy of the reference. Only concerning AL, a slight and systematic underestimation must be considered.
Postoperatively, after insertion of the electrode into the cochlea, measurement of 2TL was as precise as the preoperative one. For CDL, an underestimation of approximately 0.5 - 0.7 mm was evident. Most likely, this fact was linked to postoperative metal artifacts. Even though 3D-curved MPR in combination with fpVCTSECO is a great possibility to visualize the spatial relation of electrode, modiolus and bony lateral wall, the influence of this difference on audiological fitting procedures has still to be investigated in future studies.
KW  - Cochlea
KW  - Anatomie
KW  - Computertomografie
KW  - Cochlear-Implantat
KW  - Dreidimensionale Rekonstruktion
KW  - cochlear duct length
KW  - CDL
KW  - MSCT
KW  - fpVCT
KW  - CI
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-327945
ER  - 
TY  - THES
A1  - Captan, Nina
T1  - Beurteilbarkeit der ostialer Gefäßabschnitte in der diagnostischen Koronarangiographie - Ein Vergleich der Angiographie mit Computertomographie
T1  - Assessment of ostial coronary segments in routine coronary angiography – A comparison of angiography with computed tomography
N2  - Im Rahmen dieser Studie haben wir untersucht, ob die bei der diagnostischen Koronarangiographie gewählten Projektionen eine adäquate Darstellung der ostialen Gefäßabschnitte ermöglichen. Hierzu wurde im Rahmen einer retrospektiven Studie ein Patientenkollektiv von 54 Probanden eingeschlossen, bei denen sowohl ein Kardio-CT als auch eine diagnostische Herzkatheteruntersuchung durchgeführt worden war. Mithilfe des Kardio-CTs wurde die Line of Perpendicularity (LoP) der ostialen Koronargefäßabschnitte der LCA und der RCA ermittelt. Hieraus können die optimalen Angulationen für die angiographische Darstellung der ostialen Gefäßabschnitte abgeleitet werden. Im nächsten Schritt wurde überprüft, ob die während der diagnostischen Koronarangiographie gewählten Projektionen auf dieser LoP (mit einer Divergenz von ± 10°) lagen. Zusätzlich haben wir untersucht, ob interventionell erfahrenen Kardiologen in der Lage sind, die Koronarangiographie im Hinblick auf die Qualität der Darstellung des Ostiums zu beurteilen. Ferner wurde verglichen, ob die in der Literatur empfohlenen Standardprojektionen eine optimale Darstellung der ostialen Segmente erlauben. Bei 81% aller Patienten wurde der ostiumnahe Abschnitt der linken Koronararterie unverkürzt dargestellt, wohingegen die Darstellung der rechten Koronararterie nur bei 44% der Patienten adäquat war.
Der Vergleich der LoP zeigte, dass es große interindividuelle Unterschiede der Koronarostiumanatomie gibt. Daraus kann abgeleitet werden, dass mit sog. „Standardprojektionen“ nur bei einem Teil der Patienten eine optimale und somit unverkürzte Darstellung der ostialen Koronarsegmente möglich wird. Bei einem beträchtlichen Anteil der Patienten muss man diese Projektionen variieren, um das Ostium bestmöglich darzustellen. Eine CT-basierte Bestimmung der Line of Perpendicularity kann dazu beitragen, die geeigneten Projektionen während einer Herzkatheteruntersuchung einzustellen und so die interindividuellen Verhältnisse der Koronaranatomie zu berücksichtigen.
N2  - In this study, we evaluated whether the angiographic views selected for routine coronary angiography enable an adequate assessment of the ostial coronary segments. For this purpose, 54 patients were included in a retrospective study, in whom both a cardiac CT and a routine cardiac catheterization were performed. Cardio-CT was used to determine the “Line of Perpendicularity” (LoP) of the ostial coronary segments of the LCA and the RCA. From this, the optimal angulations for the angiographic display of the ostial coronary segments can be derived. In the next step, it was checked whether the projections selected during the routine coronary angiography were on this LoP (with a divergence of ± 10°). In addition, we investigated whether experienced interventional cardiologists are able to visually assess the quality of imaging of the ostium by coronary angiography. Furthermore, it was compared whether the “standardized views“ recommended in the literature allow an optimal representation of the ostial segments. In 81% of all patients, the ostial segment of the left coronary artery was represented without foreshortening, whereas the right coronary artery was adequately represented in only 44% of the patients. The comparison of the LoP showed that there are large interindividual differences in coronary ostium anatomy. From this it can be deduced that with so-called " standardized views" an optimal and thus unforeshortened representation of the ostial coronary segments is only possible in some patients. In a significant proportion of patients it is necessary to vary these angiographic angulations in order to achieve optimal views of the ostium. A CT-based determination of the Line of Perpendicularity can aid the selection of adequate angiographic views during a cardiac catheterization and thus taking into consideration the interindividual variation of the coronary anatomy.
KW  - Koronarangiographie
KW  - optional angiographic views
KW  - optimale Herzkatheterprojektionen
KW  - Koronarographie
KW  - Computertomografie
KW  - Koronararterie
KW  - coronary angiography
KW  - Line of Perpendicularity
KW  - CT-scan
KW  - ostial segments
KW  - LCA
KW  - RCA
KW  - Kardio-CT
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-321746
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Dominik Dennis
T1  - Laborbasierte Nano-Computertomographie mit hoher Energie für die Materialcharakterisierung und Halbleiterprüfung in Simulation und Anwendung
T1  - Laboratory Based Nano Computed Tomography with Higher Photon Energy for Materials Characterization and Semiconductor Analysis in Simulation and Practical Application
N2  - Verschiedene Konzepte der Röntgenmikroskopie haben sich mittlerweile im Labor etabliert und ermöglichen heute aufschlussreiche Einblicke in eine Vielzahl von Probensystemen. Der „Labormaßstab“ bezieht sich dabei auf Analysemethoden, die in Form von einem eigenständigen Gerät betrieben werden können. Insbesondere sind sie unabhängig von der Strahlerzeugung an einer Synchrotron-Großforschungseinrichtung und einem sonst kilometergroßen Elektronen-speicherring. Viele der technischen Innovationen im Labor sind dabei ein Transfer der am Synchrotron entwickelten Techniken. Andere wiederum basieren auf der konsequenten Weiterentwicklung etablierter Konzepte. Die Auflösung allein ist dabei nicht entscheidend für die spezifische Eignung eines Mikroskopiesystems im Ganzen. Ebenfalls sollte das zur Abbildung eingesetzte Energiespektrum auf das Probensystem abgestimmt sein. Zudem muss eine Tomographieanalage zusätzlich in der Lage sein, die Abbildungsleistung bei 3D-Aufnahmen zu konservieren.
Nach einem Überblick über verschiedene Techniken der Röntgenmikroskopie konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf quellbasierte Nano-CT in Projektionsvergrößerung als vielversprechende Technologie zur Materialanalyse. Hier können höhere Photonenenergien als bei konkurrierenden Ansätzen genutzt werden, wie sie von stärker absorbierenden Proben, z. B. mit einem hohen Anteil von Metallen, zur Untersuchung benötigt werden. Das bei einem ansonsten idealen CT-Gerät auflösungs- und leistungsbegrenzende Bauteil ist die verwendete Röntgen-quelle. Durch konstruktive Innovationen sind hier die größten Leistungssprünge zu erwarten. In diesem Zuge wird erörtert, ob die Brillanz ein geeignetes Maß ist, um die Leistungsfähigkeit von Röntgenquellen zu evaluieren, welchen Schwierigkeiten die praktische Messung unterliegt und wie das die Vergleichbarkeit der Werte beeinflusst. Anhand von Monte-Carlo-Simulationen wird gezeigt, wie die Brillanz verschiedener Konstruktionen an Röntgenquellen theoretisch bestimmt und miteinander verglichen werden kann. Dies wird am Beispiel von drei modernen Konzepten von Röntgenquellen demonstriert, welche zur Mikroskopie eingesetzt werden können. Im Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit den Grenzen der Leistungsfähigkeit von Transmissionsröntgenquellen. Anhand der verzahnten Simulation einer Nanofokus-Röntgenquelle auf Basis von Monte-Carlo und FEM-Methoden wird untersucht, ob etablierte Literatur¬modelle auf die modernen Quell-konstruktionen noch anwendbar sind. Aus den Simulationen wird dann ein neuer Weg abgeleitet, wie die Leistungsgrenzen für Nanofokus-Röntgenquellen bestimmt werden können und welchen Vorteil moderne strukturierte Targets dabei bieten.
Schließlich wird die Konstruktion eines neuen Nano-CT-Gerätes im Labor-maßstab auf Basis der zuvor theoretisch besprochenen Nanofokus-Röntgenquelle und Projektionsvergrößerung gezeigt, sowie auf ihre Leistungsfähigkeit validiert. Es ist spezifisch darauf konzipiert, hochauflösende Messungen an Materialsystemen in 3D zu ermöglichen, welche mit bisherigen Methoden limitiert durch mangelnde Auflösung oder Energie nicht umsetzbar waren. Daher wird die praktische Leistung des Gerätes an realen Proben und Fragestellungen aus der Material¬wissenschaft und Halbleiterprüfung validiert. Speziell die gezeigten Messungen von Fehlern in Mikrochips aus dem Automobilbereich waren in dieser Art zuvor nicht möglich.
N2  - Various concepts of X-ray microscopy have become established in laboratories. Nowadays, they allow insightful analysis of a wide range of sample systems. In this context, "laboratory scale" refers to the analytical methods that operate as a stand-alone instrument. They are independent from beam generation at a large-scale synchrotron research facility with a kilometer-sized electron storage ring. Many of the technical innovations in the laboratory are transferred techniques developed at the synchrotron. Others are based on the continuous further development of previously established concepts. By itself, resolution is not decisive for the specific suitability of a microscopy system in general. The energy spectrum used for imaging should also be matched to the specimen and a tomography system must be able to preserve the imaging performance for 3D images.
After an overview of different X-ray microscopy techniques, this work examines how source-based nano-CT in projection magnification is a promising technology for materials analysis. Here, higher photon energies can be used than in competing approaches as required by more absorbent samples for examination, such as those with a high metal content. The core component limiting resolution and performance in an otherwise ideal CT device is the X-ray source used. The greatest leaps in imaging performance can be expected through design innovations in the X ray source. Therefore, In the course of this work, it is discussed when brilliance is and is not an appropriate measure to evaluate the performance of X-ray sources, what difficulties practical measurement is subject to and how this affects the comparability of values. Monte Carlo simulations show how the brilliance of different designs on X-ray sources can be theoretically determined and compared, and this is demonstrated by the example of three modern concepts of X-ray sources, which can be used for microscopy. Next, this thesis considers the limits of the performance of transmission X-ray sources. Using the coupled simulation of a nano focus X-ray source based on Monte Carlo and FEM methods, this thesis investigates whether established literature models are still applicable to these   modern source designs. The simulations are then used to derive a new way to determine the performance limits for nano focus X-ray sources and the advantage of modern targets made of multiple layers.
Then, a new laboratory-scale nano-CT device based on the nano focus X-ray source and projection magnification is theoretically discussed before it is presented with an evaluation of its performance. It is specifically designed to enable high-resolution measurements on material systems in 3D, which were not feasible with previous methods as they were limited by a lack of resolution or energy. Therefore, the practical performance of the device can finally be validated on real samples and issues from materials science and semiconductor inspection. The shown measurements of defects in automotive microchips in this way were not previously possible.
KW  - Computertomografie
KW  - Röntgenquelle
KW  - Mikroelektronik
KW  - Simulation
KW  - Nano-CT
KW  - Röntgenquellen
KW  - Materialuntersuchung
KW  - Geräteentwicklung
KW  - High Resolution
KW  - Monte-Carlo
KW  - Semiconductor
KW  - Material Science
KW  - Computed Tomography
KW  - X-Ray
KW  - CT
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313380
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heider, Melanie
T1  - Detektionsrate der \(^{68}\)Ga-PSMA-PET/CT bei Patienten mit Rezidiv eines Prostatakarzinoms und Androgendeprivationstherapie
T1  - Detection Rate of \(^{68}\)Ga-PSMA Ligand PET/CT in Patients with Recurrent Prostate Cancer and Androgen Deprivation Therapy
N2  - Die Detektion des Prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) mittels kombinierter Positronenemissions- und Computertomographie (PET/CT) ist ein etabliertes diagnostisches Verfahren bei Patienten mit Prostatakarzinom. Hierbei ist bislang unklar, ob und wie eine bereits eingeleitete Androgendeprivationstherapie (ADT) die diagnostische Genauigkeit der PSMA-PET/CT beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war es, die Detektionsrate der PSMA-PET/CT mit 68Ga-PSMA I&T unter ADT in Abhängigkeit des PSA-Wertes zu evaluieren und mit einer Kontrollgruppe ohne ADT zu vergleichen. In dieser retrospektiven Studie wurden Daten von Patienten mit biochemischem Rezidiv nach radikaler Prostatektomie analysiert, welche zwischen 2014 und 2018 eine PSMA-PET/CT am Universitätsklinikum Würzburg erhalten haben. Mittels Propensity Score Matching wurde für die Patienten mit ADT innerhalb der letzten 6 Monate vor Durchführung der PSMA-PET/CT eine Kontrollgruppe ohne ADT erstellt. Die Patienten mit ADT (n=62) wiesen eine signifikant höhere Detektionsrate auf als die Patienten ohne ADT (n=62). Die Traceranreicherung unterschied sich nicht signifikant in beiden Gruppen. Dagegen wiesen die Patienten mit ADT jedoch eine signifikant höhere Tumorlast auf und hatten häufiger Knochen- und Organmetastasen, sodass als Ursache für die höhere Detektionsrate der PSMA-PET/CT bei Patienten mit ADT ein fortgeschritteneres Tumorstadium angenommen wurde. Die Detektionsrate war bei den Patienten mit ADT auch bei niedrigen PSA-Werten hoch. Es scheint daher nicht erforderlich zu sein, eine bestehende ADT vor Durchführung der PSMA-PET/CT im biochemischen Rezidiv abzusetzen und damit das Risiko einer Krankheitsprogression einzugehen. Die Korrelation des PSA-Wertes mit der Tumorlast in der PSMA-PET/CT war bei Patienten mit ADT geringer ausgeprägt als bei Patienten ohne ADT. Patienten unter ADT könnten daher von einer regelmäßigen Durchführung der PSMA-PET/CT zur Überwachung der Krankheitsprogression profitieren. Hier bleibt allerdings eine Kosten-Nutzen-Analyse abzuwarten, da dies deutlich aufwendiger und teurer ist als die Bestimmung des PSA-Wertes.
N2  - Detection of prostate specific membrane antigen (PSMA) by combined positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) is an established diagnostic procedure in patients with prostate cancer. So far it is unclear whether an already initiated androgen deprivation therapy (ADT) influences the diagnostic accuracy of PSMA-PET/CT. The aim of this study was to evaluate the effect of ADT on the detection rate of PSMA-PET/CT with 68Ga-PSMA I&T. In this retrospective study, data from patients with biochemical recurrence after radical prostatectomy who received PSMA-PET/CT at the University Hospital of Würzburg between 2014 and 2018 were analyzed. Propensity score matching was used to create two balanced groups of 62 patients who either did or did not receive ADT within six months before imaging. The detection rate of PSMA-PET/CT was significantly higher in the group of patients with ADT than in the control group without ADT. Tracer accumulation was not significantly different in both groups. In contrast, patients with ADT had significantly higher tumor burden and more frequent bone and organ metastases, suggesting a more advanced disease stage as the reason for the higher detection rate of PSMA-PET/CT in patients with ADT. The detection rate was high in patients with ADT even at low PSA levels. Therefore, the withdrawal of ADT before PSMA-PET/CT in biochemical recurrence, thereby risking disease progression, cannot be recommended. The correlation of PSA level with tumor burden in PSMA-PET/CT is lower in patients with ADT than in patients without ADT. Patients with ADT may therefore benefit from routine performance of PSMA-PET/CT to monitor disease progression. However, a cost-benefit analysis remains to be performed, as this is significantly more time-consuming and expensive than the measuring of the PSA value.
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - Detektion
KW  - Computertomografie
KW  - Prostatakrebs
KW  - Rezidiv
KW  - Androgendeprivation
KW  - Prostataspezifisches Membranantigen
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-306123
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ullherr, Maximilian
T1  - Optimization of Image Quality in High-Resolution X-Ray Imaging
T1  - Optimierung von Bildqualität in der hochauflösenden Röntgenbildgebung
N2  - The SNR spectra model and measurement method developed in this work yield reliable application-specific optima for image quality. This optimization can either be used to understand image quality, find out how to build a good imaging device or to (automatically) optimize the parameters of an existing setup.
SNR spectra are here defined as a fraction of power spectra instead of a product of device properties. In combination with the newly developed measurement method for this definition, a close correspondence be- tween theory and measurement is achieved. Prior approaches suffer from a focus on theoretical definitions without fully considering if the defined quantities can be measured correctly. Additionally, discrepancies between assumptions and reality are common.
The new approach is more reliable and complete, but also more difficult to evaluate and interpret. The signal power spectrum in the numerator of this fraction allows to model the image quality of different contrast mechanisms that are used in high-resolution x-ray imaging. Superposition equations derived for signal and noise enable understanding how polychromaticity (or superposition in general) affects the image quality.
For the concept of detection energy weighting, a quantitative model for how it affects im- age quality was found. It was shown that—depending on sample properties—not detecting x-ray photons can increase image quality. For optimal computational energy weighting, more general formula for the optimal weight was found. In addition to the signal strength, it includes noise and modulation transfer.
The novel method for measuring SNR spectra makes it possible to experimentally optimize image quality for different contrast mechanisms. This method uses one simple measurement to obtain a measure for im- age quality for a specific experimental setup. Comparable measurement methods typically require at least three more complex measurements, where the combination may then give a false result. SNR spectra measurements can be used to:
• Test theoretical predictions about image quality optima.
• Optimize image quality for a specific application.
• Find new mechanisms to improve image quality.
The last item reveals an important limitation of x- ray imaging in general: The achievable image quality is limited by the amount of x-ray photons interacting with the sample, not by the amount incident per detector area (see section 3.6). If the rest of the imaging geometry is fixed, moving the detector only changes the field of view, not the image quality. A practical consequence is that moving the sample closer to the x-ray source increases image quality quadratically.
The results of a SNR spectra measurement represent the image quality only on a relative scale, but very reliable. This relative scale is sufficient for an optimization problem. Physical effects are often already clearly identifiable by the shape of the functional relationship between input parameter and measurement result.
SNR spectra as a quantity are not well suited for standardization, but instead allow a reliable optimization. Not satisfying the requirements of standardization allows to use methods which have other advantages. In this case, the SNR spectra method describes the image quality for a specific application. Consequently, additional physical effects can be taken into account. Additionally, the measurement method can be used to automate the setting of optimal machine parameters.
The newly proposed image quality measure detection effectiveness is better suited for standardization or setup comparison. This quantity is very similar to measures from other publications (e.g. CNR(u)), when interpreted monochromatically. Polychromatic effects can only be modeled fully by the DE(u). The measurement processes of both are different and the DE(u) is fundamentally more reliable.
Information technology and digital data processing make it possible to determine SNR spectra from a mea- sured image series. This measurement process was designed from the ground up to use these technical capabilities. Often, information technology is only used to make processes easier and more exact. Here, the whole measurement method would be infeasible without it. As this example shows, using the capabilities of digital data processing much more extensively opens many new possibilities. Information technology can be used to extract information from measured data in ways that analog data processing simply cannot.
The original purpose of the SNR spectra optimization theory and methods was to optimize high resolution x-ray imaging only. During the course of this work, it has become clear that some of the results of this work affect x-ray imaging in general. In the future, these results could be applied to MI and NDT x-ray imaging. Future work on the same topic will also need to consider the relationship between SNR spectra or DE(u) and sufficient image quality.This question is about the minimal image quality required for a specific measurement task.
N2  - Das  in  dieser  Arbeit  entwickelte  Modell  und  die Messmethode für SNR Spektren ergeben zuverlässige anwendungsspezifische Optima für die Bildqualität. Diese Optimierung kann verwendet werden, entweder um Bildqualität zu verstehen, um herauszufinden wie ein gutes Bildgebungsgerät gebaut werden kann oder um die Parameter eines existierenden Aufbaus (automatisch) festzulegen. ...
KW  - Bildqualität
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - Computertomografie
KW  - x-ray imaging
KW  - x-ray microscopy
KW  - image quality
KW  - signal to noise ratio
KW  - computed tomography
KW  - x-ray inline phase contrast
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231171
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ofenhitzer, Kathrin
T1  - Stellenwert der präoperativen radiologischen Diagnostik vor Cochlea-Implantat-Operation
T1  - The role of preoperative radiological diagnostics before cochlear implantation
N2  - Bei Patienten mit hochgradigem sensorineuralem Hörverlust, der nicht mehr ausreichend mittels Hörgeräten kompensiert werden kann, hat sich die CI-Versorgung zur Verbesserung der Hörfähigkeit als Standardmethode etabliert und ihr Indikationsbereich wächst. Zur Beurteilung des auditorischen Systems sowie seiner angrenzenden Nachbarstrukturen zählt die neuroradiologische Diagnostik mittels spezieller CT- und MRT-Techniken zu den entscheidenden Kriterien zur CI-Indikationsstellung und der Operationsplanung. In der Literatur finden sich verschiedenste Meinungen zur Bedeutung dieser präoperativen Bildgebungen vor Cochlea-Implantationen und die Wahl einer CT- und bzw. oder einer MRT-Untersuchung zur präoperativen Diagnostik wird diskutiert. So wurden am Universitätsklinikum Würzburg im Zeitraum von 2005 bis zum Jahr 2015 zur Diagnostik vor der CI-Operation eines Patienten meist sowohl eine CT-Aufnahme des Felsenbeins als auch eine MRT-Aufnahme des Schädels angefertigt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte untersucht werden, inwieweit diese beiden präoperativen CT- und MRT-Untersuchungen für die CI-Operation und die Ursachenabklärung der Hörminderung von Relevanz waren und ob eine Empfehlung für die zukünftige Wahl der Diagnostikmethoden abgegeben werden kann. Dazu wurden Anamnesen, Voruntersuchungen, präoperative CT- und MRT-Bildgebungen und die Operationsberichte von 705 CI-Fällen bei 549 Patienten, die in diesem Zeitraum operiert wurden, retrospektiv ausgewertet. Die Darstellbarkeiten verschiedener Pathologien, die mit Hilfe der beiden Bildgebungsverfahren detektiert wurden, wurden miteinander verglichen und es wurde überprüft, ob ein Verfahren möglicherweise besser zur Diagnostik bestimmter Auffälligkeiten geeignet war als das andere. Durch die Auswertung der Operationsberichte wurde evaluiert, ob und wie die Befunde der präoperativen Bildgebungen mit den intraoperativen Situationen übereinstimmten und ob diese Befunde die Operationsplanung beeinflusst hatten.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass die bildgebenden Verfahren zur Ursachenfindung einer nicht abgeklärten Hörminderung beitragen können. Des Weiteren konnte gefolgert werden, dass ein Großteil von Auffälligkeiten im Bereich des Felsenbeins, die mit sensorineuralen Schwerhörigkeiten assoziiert sind, mit hoher Wahrscheinlichkeit sowohl mittels CT- als auch mittels MRT-Untersuchung diagnostiziert werden kann. Für einzelne Läsionen konnte vermutet werden, dass diese nur durch die CT und umgekehrt bestimmte Läsionen nur durch die MRT detektiert werden können. Außerdem zeigte sich, dass die beiden bildgebenden Verfahren auf bestimmte Schwierigkeiten, die während einer CI-Operation auftreten können, präoperativ hinweisen können. Zusätzlich konnte festgestellt werden, dass die Wahl der Implantations-Seite bei einseitig operierten aber beidseits schwerhörigen Patienten neben den CT- und MRT-Untersuchungen in den meisten Fällen von weiteren Faktoren abhing.
Aus den Ergebnissen dieser Arbeit konnte gefolgert werden, dass die Durchführung einer präoperativen CT- und einer MRT-Untersuchung die umfangreichste radiologische Diagnostikmethode ist, um eine CI-Operation zu planen, möglichst alle Auffälligkeiten, die zu Schwierigkeiten in der Operation führen können, zu detektieren und Ursachen für eine nicht abgeklärte Hörminderung zu finden. Dennoch sollte, insbesondere unter Berücksichtigung der Strahlenbelastung, die ein Patient im Rahmen eines Felsenbein-CTs erfährt, die Überlegung zugelassen werden, ob zukünftig nur die Durchführung einer MRT-Untersuchung als routinemäßiges Diagnostikverfahren ausreichen könnte. Eine zusätzliche CT-Untersuchung wäre dann nur unter bestimmten Voraussetzungen (z. B. Traumaanamnese des Schädels oder Hinweise auf ein Cholesteatom) indiziert. Weitere Untersuchungen, die zeigen, welche genauen Kriterien dazu seitens des Patienten gegeben sein müssten, sowie Langzeitergebnisse nach erfolgreichen CI-Operationen sollten Gegenstand weiterer Studien sein.
N2  - Cochlear implants are the standard treatment for patients with profound sensorineural hearing loss, which cannot be treated with traditional hearing aids. In the process of preoperative diagnostics, both computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) are used to evaluate the auditory system. The goal of this study was to determine, which kind of results CT and MRI provided and in how many cases the results of CT or MRI influenced the procedure of cochlear implantation. In addition, this study had the aim to provide a possible recommendation, if both CT and MRI are necessary for preoperative diagnostics or if either one imaging modality may be sufficient.
The results of this study showed that both CT and MRI can provide information about possible etiologies of hearing loss. Both imaging modalities proved to be able to detect the majority of abnormalities of the temporal bone and provided findings which influenced the procedure of cochlear implantation. Nevertheless, specific lesions were only detected with either CT or MRI. In particular, MRI was able to detect brain lesions, which cannot be seen in CT. Considering these results in combination with the negative aspect of exposure to radiation of CT imaging, MRI might be sufficient for preoperative diagnostics in a substantial part of cochlear implant cases.
KW  - Cochlear-Implantat
KW  - Kernspintomografie
KW  - Computertomografie
KW  - Präoperative radiologische Diagnostik
KW  - Preoperative radiological diagnostics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189909
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schielein, Richard
T1  - Analytische Simulation und Aufnahmeplanung für die industrielle Röntgencomputertomographie
T1  - Analytical simulation and acquisition planning  for industrial x-ray computed tomography
N2  - Röntgencomputertomographie (CT) hat in ihrer industriellen Anwendung ein sehr breites Spektrum möglicher Prüfobjekte. Ziel einer CT-Messung sind dreidimensionale Abbilder der Verteilung des Schwächungskoeffizienten der Objekte mit möglichst großer Genauigkeit. Die Parametrierung eines CT-Systems für ein optimales Messergebnis hängt stark vom zu untersuchenden Objekt ab. Eine Vorhersage der optimalen Parameter muss die physikalischen Wechselwirkungen mit Röntgenstrahlung des Objektes und des CT-Systems berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit befasst sich damit, diese Wechselwirkungen zu modellieren und mit der Möglichkeit den Prozess zur Parametrierung anhand von Gütemaßen zu automatisieren. Ziel ist eine simulationsgetriebene, automatische Parameteroptimierungsmethode, welche die Objektabhängigkeit berücksichtigt. Hinsichtlich der Genauigkeit und der Effizienz wird die bestehende Röntgensimulationsmethodik erweitert. Es wird ein Ansatz verfolgt, der es ermöglicht, die Simulation eines CT-Systems auf reale Systeme zu kalibrieren. Darüber hinaus wird ein Modell vorgestellt, welches zur Berechnung der zweiten Ordnung der Streustrahlung im Objekt dient. Wegen des analytischen Ansatzes kann dabei auf eine Monte-Carlo Methode verzichtet werden. Es gibt in der Literatur bisher keine eindeutige Definition für die Güte eines CT-Messergebnisses. Eine solche Definition wird, basierend auf der Informationstheorie von Shannon, entwickelt. Die Verbesserungen der Simulationsmethodik sowie die Anwendung des Gütemaßes zur simulationsgetriebenen Parameteroptimierung werden in Beispielen erfolgreich angewendet beziehungsweise mittels Referenzmethoden validiert.
N2  - Industrial X-ray computed tomography (CT) can be applied to a large variety of different specimens. The result of a CT measurement is a three-dimensional image containing the position-dependent attenuation coefficient of the specimen. For an optimal imaging CT-measurement parameters depend on both the properties of the CT-System and the specimen. To predict such an optimal parameterization both the physical interactions with X-rays of the CT-System and the specimen, must be taken into account. This thesis sets out to address the modelling of the interactions as well as the automatization of the parameter finding. The latter is based on a figure of merit for CT-measurements.
Aim is a simulation-based, automatic parameter optimization method which includes the object-dependency on distinct specimens. The currently existing X-ray simulation methods are enhanced with respect to accuracy and efficiency. Therefore a method for the calibration of the simulation to a real CT-system is presented. Additionally, a model for second order X-ray scattering is developed in order to calculate the specimen-scattered radiation. This is done using an analytical ansatz and no Monte-Carlo method has to be applied. So far, no universal definition of a figure of merit for CT-results has been given in literature. Using Shannon's information theory such a definition is developed. The improvements of the simulation method and the application of the figure of merit for simulation-based parameter optimization are used in examples or are validated using reference methods.
KW  - Computertomografie
KW  - Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
KW  - Optimierung
KW  - Aufnahmeplanung
KW  - Analytische Simulation
KW  - CT
KW  - Computersimulation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169236
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dremel, Kilian
T1  - Modellbildung des Messprozesses und Umsetzung eines modellbasierten iterativen Lösungsverfahrens der Schnittbild-Rekonstruktion für die Röntgen-Computertomographie
T1  - Modeling of the process of measurement and development of a model-based iterative reconstruction for X-ray computed tomography
N2  - In der computertomographischen Schnittbildgebung treten Artefakte, also Anteile des Ergebnisses
auf, die nicht Teil des gemessenen Objekts sind und die somit die Auswertbarkeit der Ergebnisse beeinflussen. Viele dieser Artefakte sind auf die Inkonsistenz des Modells der Rekonstruktion zur Messung zurückzuführen. Gerade im Hinblick auf Artefakte durch die Energieabhängigkeit der rekonstruierten Schwächungskoeffizienten und Abweichungen der Geometrieinformation des Rekonstruktionsmodells wird häufig der Weg einer Nachbearbeitung der Messdaten beschritten, um Rekonstruktionsartefakte zu vermeiden. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Modell der computertomographischen Aufnahme mit Konzentration auf industrielle und materialwissenschaftliche Systeme erstellt, das nicht genutzt wird um die Messdaten zu verändern, sondern um das Rekonstruktionsmodell der Aufnahmerealität anzupassen.
Zunächst werden iterative Rekonstruktionsverfahren verglichen und ein passender Algorithmus ausgewählt, der die gewünschten Modifikationen des Aufnahmemodells erlaubt. Für diese Modifikationen werden bestehende Methoden erweitert und neue modellbasierte Ansätze entwickelt, die in den Rekonstruktionsablauf integriert werden können.
Im verwendeten Modell werden die Abhängigkeiten der rekonstruierten Werte vom polychromatischen
Röntgenspektrum in das Simulationsmodell des Rekonstruktionsprozesses eingebracht und die Geometrie von Brennfleck und Detektorelementen integriert. Es wird gezeigt, dass sich durch die verwendeten Methoden Artefakte vermeiden lassen, die auf der Energieabhängigkeit der Schwächungskoeffizienten beruhen und die Auflösung des Rekonstruktionsbildes durch Geometrieannahmen gesteigert werden kann. Neben diesen Ansätzen werden auch neue Erweiterungen der Modellierung umgesetzt und getestet. Das zur Modellierung verwendete Röntgenspektrum der Aufnahme wird im Rekonstruktionsprozess angepasst. Damit kann die benötigte Genauigkeit dieses Eingangsparameters gesenkt werden.
Durch die neu geschaffene Möglichkeit zur Rekonstruktion der Kombination von Datensätzen
die mit unterschiedlichen Röntgenspektren aufgenommen wurden wird es möglich neben dem
Schwächungskoeffizienten die Anteile der Comptonabsorption und der photoelektrischen
Absorption getrennt zu bestimmen. Um Abweichungen vom verwendeten Geometriemodell zu berücksichtigen wird eine Methode auf der Basis von Bildkorrelation implementiert und getestet, mit deren Hilfe die angenommene Aufnahmegeometrie automatisch korrigiert wird. Zudem wird in einem neuartigen Ansatz zusätzlich zur detektorinternen Streustrahlung die Objektstreustrahlung während des Rekonstruktionsprozesses deterministisch simuliert und so das Modell der Realität der Messdatenaufnahme angepasst.
Die Umsetzung des daraus zusammengesetzten Rekonstruktionsmodells wird an Simulationsdatensätzen getestet und abschließend auf Messdaten angewandt, die das Potential der Methode aufzeigen.
N2  - In computed tomography, parts of the result which are not features of the measured object -- so called artifacts -- occur and thus impair the evaluability of the results. Reconstruction methods require a model of the measurement. Many artifacts are induced by the inconsistency between the model of reconstruction and the measurement. Especially with regard to artifacts due to the energy dependence of the reconstructed attenuation coefficients and deviations of the geometry information of the reconstruction model, a frequently used method is the postprocessing of the measurement data to avoid reconstruction artifacts. In this thesis a model of computed tomography measurements with focus on systems used for industrial and material science purposes is developed that is not used to change the measured data, but to adapt the reconstruction model to the reality of measurement. Firstly, iterative reconstruction methods are compared and a suitable algorithm is selected that allows the desired modifications of the model. Therefore existing methods are extended and new model-based approaches are developed that can be integrated in the reconstruction process. The dependencies of the reconstructed values ??from the polychromatic X-ray spectrum are incorporated into the simulation model of the reconstruction process and the geometry of the focal spot and detector elements are integrated. Thereby artefacts caused by the energy-dependency of the attenuation coefficients are shown to be reduced and the resolution of the resulting data is shown to be increased by geometric modelling. Alongside these approaches of modeling new methods are developed and implemented. The X-ray spectrum used for the modeling is adapted during the reconstruction. Thereby the accuracy needed for this input parameter is lowered. Due to possibility of the combination of data sets scanned using different spectra the reconstruction of the Compton- and photoelectric parts of the attenuation coefficient becomes possible. To consider deviations of the geometry model used in the reconstruction a correlation-based method is implemented and tested to automatically correct these aberrations. In addition to radiation scattered within the detector, a new method is developed to simulate the object scattering during the reconstruction process and the model is therefore adapted to the reality of the measurement. The implementation of the reconstruction model composed therefrom is tested on simulation data sets and finally applied to measurement data which show the potential of the method.
KW  - Dreidimensionale Rekonstruktion
KW  - Computertomografie
KW  - Modellbasierte Rekonstruktion
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157718
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vaegler, Sven
T1  - Entwicklung eines neuen vorwissensbasierten Bildrekonstruktionsalgorithmus für die Cone-Beam-CT Bildgebung in der Strahlentherapie
T1  - Development of a new prior knowledge based image reconstruction algorithm for the cone-beam-CT in radiation therapy
N2  - In der heutigen Strahlentherapie kann durch eine am Linearbeschleuniger integrierte
Röntgenröhre eine 3D-Bildgebung vor der Bestrahlung durchgeführt werden. Die
sogenannte Kegel-Strahl-CT (Cone-Beam-CT, CBCT) erlaubt eine präzise Verifikation
der Patientenlagerung sowie ein Ausgleich von Lagerungsungenauigkeiten. Dem
Nutzen der verbesserten Patientenlagerung steht jedoch bei täglicher Anwendung eine
erhöhte, nicht zu vernachlässigbare Strahlenexposition des Patienten gegenüber. Eine
Verringerung des Dosisbeitrages bei der CBCT-Bildgebung lässt sich durch
Reduzierung des Stroms zur Erzeugung der Röntgenstrahlung sowie durch
Verringerung der Anzahl an Projektionen erreichen. Die so aufgenommen Projektionen
lassen sich dann aber nur durch aufwendige Rekonstruktionsverfahren zu qualitativ
hochwertigen Bilddatensätzen rekonstruieren. Ein Verfahren, dass für die
Rekonstruktion vorab vorhandene Vorwissensbilder verwendet, ist der Prior-Image-
Constrained-Compressed-Sensing-Rekonstruktionsalgorithmus (PICCS). Die Rekonstruktionsergebnisse
des PICCS-Verfahrens übertreffen die Ergebnisse des auf den
konventionellen Feldkamp-Davis-Kress-Algorithmus (FDK) basierenden Verfahrens,
wenn nur eine geringe Anzahl an Projektionen zur Verfügung steht. Allerdings können
bei dem PICCS-Verfahren derzeit keine großen Variationen in den Vorwissensbildern
berücksichtigt werden und führen zu einer geringeren Bildqualität. Diese Variationen
treten insbesondere durch anatomische Veränderungen wie Tumorverkleinerung oder
Gewichtsveränderungen auf. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand folglich darin,
einen neuen vorwissensbasierten Rekonstruktionsalgorithmus zu entwickeln, der auf
Basis des PICCS-Verfahrens zusätzlich die Verwendung von lokalen
Verlässlichkeitsinformationen über das Vorwissensbild ermöglicht, um damit die
Variationen in den Vorwissensbildern bei der Rekonstruktion entsprechend
berücksichtigen zu können.
Die grundlegende Idee des neu entwickelten Rekonstruktionsverfahrens ist die
Annahme, dass die Vorwissensbilder aus Bereichen mit kleinen und großen Variationen
bestehen. Darauf aufbauend wird eine Gewichtungsmatrix erzeugt, die die Stärke der
Variationen des Vorwissens im Rekonstruktionsalgorithmus berücksichtigt. In
Machbarkeitsstudien wurde das neue Verfahren hinsichtlich der Verbesserung der Bildqualität unter Berücksichtigung gängiger Dosisreduzierungsstrategien untersucht.
Dazu zählten die Reduktion der Anzahl der Projektionen, die Akquisition von
Projektionen mit kleinerer Fluenz sowie die Verkleinerung des Akquisitionsbereiches.
Die Studien erfolgten an einem Computerphantom sowie insbesondere an
experimentellen Daten, die mit dem klinischen CBCT aufgenommen worden sind. Zum
Vergleich erfolgte die Rekonstruktion mit dem Standardverfahren basierend auf der
gefilterten Rückprojektion, dem Compressed Sensing- sowie dem konventionellen
PICCS-Verfahren.
Das neue Verfahren konnte in den untersuchten Fällen Bilddatensätze mit verbesserter
bis ausgezeichneter Qualität rekonstruieren, sogar dann, wenn nur eine sehr geringe
Anzahl an Projektionen oder nur Projektionen mit starkem Rauschen zur Verfügung
standen. Demgegenüber wiesen die Rekonstruktionsergebnisse der anderen
Algorithmen starke Artefakte auf. Damit eröffnet das neu entwickelte Verfahren die
Möglichkeit durch die Integration von Zuverlässigkeitsinformationen über die
vorhandenen Vorwissensbildern in den Rekonstruktionsalgorithmus, den Dosisbeitrag
bei der täglichen CBCT-Bildgebung zu minimieren und eine ausgezeichnete
Bildqualität erzielen zu können.
N2  - The treatment of cancer in radiation therapy is achievable today by techniques that
enable highly conformal dose distributions and steep dose gradients. In order to avoid
mistreatment, these irradiation techniques have necessitated enhanced patient
localization techniques. With an integrated x-ray tube at modern linear accelerators kV-projections can be acquired over a sufficiently large angular space and can be
reconstructed to a volumetric image data set from the current situation of the patient
prior to irradiation. The so-called Cone-Beam-CT (CBCT) allows a precise verification
of patient positioning as well as adaptive radiotherapy. The benefits of an improved
patient positioning due to a daily performed CBCT's is contrary to an increased and not
negligible radiation exposure of the patient. In order to decrease the radiation exposure,
substantial research effort is focused on various dose reduction strategies. Prominent
strategies are the decrease of the charge per projection, the reduction of the number of
projections as well as the reduction of the acquisition space. Unfortunately, these
acquisition schemes lead to images with degraded quality with the widely used
Feldkamp-Davis-Kress image reconstruction algorithm. More sophisticated image
reconstruction techniques can deal with these dose-reduction strategies without
degrading the image quality. A frequently investigated method is the image
reconstruction by minimizing the total variation (TV), which is also known as
Compressed Sensing (CS). A Compressed Sensing-based reconstruction framework that
includes prior images into the reconstruction algorithm is the Prior-Image-Constrained-
Compressed-Sensing algorithm (PICCS). The images reconstructed by PICCS
outperform the reconstruction results of the conventional Feldkamp-Davis-Kress
algorithm (FDK) based method if only a small number of projections are available.
However, a drawback of PICCS is that major deviations between prior image data sets
and the follow up reconstructed images are not appropriate considered so far. These
deviations may result from changes in anatomy including tumour shrinkage and loss of
weight and may result in a degraded image quality of the reconstructed images.
Deformable registration methods that adapt the prior images adequately can compensate
this shortcoming of PICCS. Such registration techniques, however, suffer from limited
accurateness and much higher computation time for the overall reconstruction process.
Therefore, the aim of this thesis was to develop a new knowledge-based reconstruction algorithm that incorporates additionally local dependent reliability information about
the prior images into reconstruction algorithm.
The basic idea of the new algorithm is the assumption that the prior images are
composed of areas with large and of areas with small deviations. Accordingly, the areas
of the prior image were assigned as variable where substantial deformations due to
motion or change in structure over the time series were expected. Hence, these regions
were not providing valuable structural information for the anticipated result anymore. In
contrast, “a priori” information was assigned to structurally stationary areas where no
changes were expected. Based on this composition, a weighting matrix was generated
that considers the strength of these variations during reconstruction.
The new algorithm was tested in different feasibility studies to common dose reduction
strategies. These dose reduction strategies includes the reduction of the number of
projections, the acquisition of projections with strong noise and the reduction of the
acquisition space. The main aim of this work was to demonstrate the gain of image
quality when prior images with major variations are used compared to standard
reconstruction techniques. The studies were performed with a computer phantom, and in
particular with experimental data that have been acquired with the clinical CBCT.
The new reconstruction framework yields images with substantially improved quality
even when only a very small number of projections or projections with high noise were
available. These images contained less streaking, blurring and inaccurately
reconstructed structures compared to the images reconstructed by FDK, CS and
conventional PICCS. In conclusion, the new developed reconstruction framework
indicate the potential to lowering the radiation dose to the patient due to daily CBCT
imaging while maintaining good image quality.
KW  - Strahlentherapie
KW  - Computertomografie
KW  - Bildrekonstruktion
KW  - Compressed Sensing
KW  - Cone Beam CT
KW  - Prior Knowledge
KW  - PICCS
KW  - Komprimierte Abtastung
KW  - Vorwissen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137445
ER  -