Forscher an der Mayo-Klinik haben Photonenzähldetektor-CT (PCD) mit Deep-Learning-basierter Rauschunterdrückung kombiniert, um Patienten mit multiplem Myelom abzubilden. Die neue Bildgebungstechnik zeigte eine überlegene Erkennung von Knochenerkrankungen im Zusammenhang mit dem multiplen Myelom im Vergleich zu herkömmlichen Ganzkörper-CT-Scans mit niedriger Dosis.
Bei der PCD-CT werden einzelne Röntgenphotonen direkt in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dies ermöglicht die Verwendung kleinerer Detektorpixel, wodurch die räumliche Auflösung des Bildes erhöht und die Erkennung lytischer Läsionen verbessert wird – Bereiche mit Knochenzerstörung, die bei etwa 80 % der Patienten mit multiplem Myelom auftreten. Diese Verbesserung könnte einen Unterschied im Krankheitsstadium bewirken und sich möglicherweise auf die Therapiewahl und die Behandlungsergebnisse für den Patienten auswirken.
Das Multiple Myelom ist eine Krebserkrankung der Plasmazellen, einer Art weißer Blutkörperchen. Krebsartige Myelomzellen wachsen unkontrolliert, verdrängen normale Plasmazellen und hindern sie daran, Antikörper zur Bekämpfung von Infektionen zu bilden. Die Patienten können anfänglich asymptomatisch sein oder ein schwelendes multiples Myelom entwickeln, eine Zwischenphase der Erkrankung, die durch eine signifikante Zunahme der Plasmazellproliferation gekennzeichnet ist, jedoch ohne Organschäden oder Symptome. Ein aktives multiples Myelom kann eine Reihe von Symptomen verursachen, darunter Knochenschmerzen, Hyperkalzämie, Niereninsuffizienz, Anämie und/oder lytische Knochenläsionen.
„Wenn im CT eine einzelne lytische Läsion von mehr als 5 mm zu sehen ist, handelt es sich um ein myelomdefinierendes Ereignis, das den Patienten in den aktiven Status versetzt und ein Gespräch über den Beginn der Behandlung erfordert“, sagt der leitende Forscher Francis Baffour.
„Patienten, bei denen der Verdacht auf ein multiples Myelom besteht, werden einer Reihe von Tests unterzogen, einschließlich einer Knochenmarkbiopsie. Aber zufällige Biopsieproben von nur einem Ort können möglicherweise nicht die wahre Belastung der Krankheit erkennen“, erklärt Baffour. „Aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und Spezifität für lytische Knochenläsionen im gesamten Körper ist das Internationale Myelom-Arbeitsgruppe empfiehlt eine niedrig dosierte Ganzkörper-CT als bildgebenden Test zur Beurteilung lytischer Knochenläsionen.“
Baffour und Kollegen wollten beweisen, dass die PCD-CT in Kombination mit der vom Mayo-Team entwickelten Deep-Learning-Entrauschungssoftware die räumliche Auflösung ausreichend erhöhen würde, um die Diagnose bei gleicher Strahlungsdosis wie bei einem herkömmlichen CT-Scan mit energieintegrierendem Detektor (EID) zu verbessern.
Die Studie, berichtet in Radiologie, umfasste 27 erwachsene Patienten mit unterschiedlichen Stadien des multiplen Myeloms. Die Teilnehmer unterzogen sich am selben Tag beiden Arten von Scans: einem niedrig dosierten Ganzkörper-EID-CT-Scan; und ein PCD-CT-Scan bei einer angepassten Strahlendosis (8 mSv für einen durchschnittlichen Erwachsenen). Die Forscher rekonstruierten EID-CT- und PCD-CT-Bilder mit einer Schnittdicke von 2 mm. Sie rekonstruierten außerdem dünnere 0.6-mm-PCD-CT-Bildabschnitte, die mithilfe eines Faltungs-Neuronalen Netzwerks entrauscht wurden.
Um die entsprechenden 2-mm-Bilder zu vergleichen, bewerteten zwei muskuloskelettale Radiologen unabhängig voneinander die Bilder hinsichtlich der Patientendaten, des CT-Scannertyps und der Scanprotokolle hinsichtlich Merkmalen, die die Myelomaktivität bestimmten. Dazu gehörten: lytische Läsionen im Skelett; hyperdichte knotige Weichteilläsionen in der Markhöhle; Fettabschwächung bei Myelomläsionen; und pathologische Frakturen.
Die Forscher berichten, dass die PCD-CT bei allen Visualisierungsbeurteilungen eine überlegene Leistung zeigte, wobei die stärksten Unterschiede bei der Betrachtung von lytischen Knochenläsionen, intramedullären Läsionen und Fettabschwächung beobachtet wurden.
Vier Wochen später verglichen die Radiologen die entrauschten 0.6-mm-PCD-CT-Bilder mit den 2.0-mm-EID-CT-Bildern. Für jeden Patienten zeichneten sie außerdem die Veränderung der Anzahl der erkannten lytischen Läsionen gegenüber dem vorherigen Bildsatz auf. Die Dünnschnitt-PCD-CT-Bilder zeigten erneut eine verbesserte Darstellung aller vier pathologischen Anomalien. Darüber hinaus beobachteten die Leser bei 21 der 27 Teilnehmer eine höhere Anzahl lytischer Läsionen im PCD-CT im Vergleich zu EID-CT-Bildern.
„Eine Zunahme der Anzahl lytischer Läsionen ist ein starker Hinweis auf ein Fortschreiten der Krankheit“, erklärt Baffour. „Wenn ein Patient Fortschritte macht, kann eine Therapie eingeleitet werden, wenn der Patient zuvor nicht behandelt wurde, oder eine Umstellung erfolgen, wenn der Patient eine Therapie erhielt. Lytische Läsionen schwächen den Knochen und setzen den Patienten an manchen Stellen dem Risiko aus, Frakturen zu entwickeln.“
Baffour weist darauf hin, dass die verbesserte räumliche Auflösung der PCD-CT die Visualisierung kleiner Strukturen und detaillierterer Merkmale ermöglicht, die darauf hindeuten könnten, dass eine Läsion heilt oder behandelt wurde. „Wenn wir zum Beispiel sehen, dass eine Läsion einen sklerotischen Rand entwickelt hat oder eine neue innere Fettdichte aufweist, obwohl zuvor Weichgewebe vorhanden war, wissen wir, dass der Patient behandelt wurde“, erklärt er.
Photonenzählende CT verspricht eine neue Ära der medizinischen Bildgebung
Baffour erzählt Physik-Welt dass er und seine Kollegen eine Kohorte von Patienten in verschiedenen Vorstufen des multiplen Myeloms beobachten möchten, um die Häufigkeit neuer lytischer Läsionen zu bestimmen. Sie wollen die PCD-CT auch in anderen Fällen untersuchen, in denen niedrig dosierte Protokolle von Vorteil sind, beispielsweise bei pädiatrischen oder schwangeren Patienten oder bei Screening-Anwendungen.
„Hier an der Mayo Clinic laufen derzeit Studien, um festzustellen, wie niedrig wir die Scandosis senken können, während wir dennoch diagnostische CT-Bilder erhalten“, sagt Baffour. „Es zeichnet sich viel ab und es gibt so viel Potenzial für die Photonenzähldetektor-CT in der klinischen Versorgung.“
