Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala a napokban (2021.09.30.) engedélyezte a komputertomográfiás (CT) képalkotásban közel egy évtizede az első új, jelentős technológiai fejlesztést.

"A komputertomográfia fontos orvosi képalkotó eszköz, amely segíthet a betegségek, traumák vagy rendellenességek diagnosztizálásában; a beavatkozások vagy terápiás eljárások tervezésében és irányításában; valamint bizonyos terápiák hatékonyságának nyomon követésében" - mondta Laurel Burk, az FDA Center for Devices and Radiological Health csoportjának igazgatóhelyettese. "A mai intézkedés közel egy évtizede az első jelentős új technológiát jelenti a komputertomográfiás képalkotás területén és aláhúzza az FDA azon törekvését, hogy ösztönözze az innovációt a tudományos és diagnosztikai fejlődés területén."

A készülék a fotonszámláló detektorok újonnan kifejlesztett CT-technológiáját használja, amely képes mérni minden egyes röntgensugarat, amely áthalad a beteg testén, szemben a jelenlegi rendszerekkel, amelyek olyan detektorokat használnak, amelyek egyszerre sok röntgensugárban lévő összes energiát mérik. Az egyes röntgenfotonok "számolásával" részletesebb információk nyerhetők a betegről, és olyan képek készíthetők, amelyek kevesebb, a felülvizsgálat és elemzés során nem hasznos információt tartalmaznak.

A Siemens NAEOTOM Alpha nevű új diagnosztikai képalkotó készüléket úgy tervezték, hogy a beteg testén áthaladó és egy detektor által fogadott röntgenfotonokból származó információkat részletes 3 dimenziós képpé alakítsa át. A rendszer által szolgáltatott képeket diagnózis felállításához, vagy kezelés előkészítéséhez,  sugárterápia tervezéséhez.

Az FDA a Siemens NAEOTOM Alpha készüléket a forgalomba hozatalt megelőző 510(k) engedélyezési eljárás keretében vizsgálta. Az 510(k) engedély az FDA-hoz benyújtott, forgalomba hozatal előtti kérelem, amely annak bizonyítására szolgál, hogy egy új eszköz egyenértékű egy jogszerűen forgalmazott eszközzel.

Az FDA, az Egyesült Államok Egészségügyi és Emberi Szolgáltatások Minisztériumának egyik ügynöksége, az emberi és állatgyógyászati gyógyszerek, vakcinák és egyéb emberi felhasználásra szánt biológiai termékek, valamint orvostechnikai eszközök biztonságának, hatékonyságának és védelmének biztosításával védi a közegészségügyet. Az ügynökség felelős továbbá az Egyesült Államok élelmiszerellátásának, kozmetikai termékeinek, étrend-kiegészítőinek, elektronikus sugárzást kibocsátó termékeinek biztonságáért és védelméért, valamint a dohánytermékek szabályozásáért.

Fotonszámláló CT
A spirál CT 1990-es, a széles detektoros CT 2004-es, a kettős forrású CT 2005-ös és a kétrétegű CT-detektorok 2013-as bevezetése után a fotonszámláló CT-vel egy radikálisan új technológiát fejlesztettek ki a klinikai rutin számára. Ennek középpontjában egy újfajta detektor áll, amely lényegesen különbözik a hagyományos energiaintegráló detektortól.

Ezek a fotonszámláló detektorok képesek a jelenlegi CT-detektorok korlátainak leküzdésére azáltal, hogy nagyon nagy térbeli felbontású, elektronikus zaj nélküli, jobb kontraszt-zaj arányú, alacsonyabb sugárdózis mellett és saját spektrális információval rendelkező CT-adatokat szolgáltatnak.

Miben különböznek a fotonszámláló detektorok a korábbiaktól?
Ma már minden CT-készülék szilárdtest-szcintillációs detektorral van felszerelve. Az elnyelt röntgensugarakat kétlépcsős átalakítási folyamat során a szcintillációs kristályban először látható fénnyé alakítják át. Ezt követően a fényt az egyes detektorcellák hátoldalán elhelyezett fotodióda elektromos jellé alakítja át. A fotodiódák alacsony szintű analóg elektromos jele érzékeny az elektronikus zajra, ami végső határt szab a lehetséges további sugárzási dóziscsökkentésnek. Problematikus a szilárdtest-szcintillációs detektorok térbeli felbontásának a mai teljesítményszintet meghaladó jelentős növelése. E kétlépcsős átalakítási folyamat részeként a több ezer röntgenfoton által létrehozott fényt az integrációs idő alatt felhalmozzák és egészében mérik, ezáltal elveszítik a beérkező jel spektrális információit.

fotó forrása: https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography/technologies-and-innovations/photon-counting-ct

A fotonszámláló detektorok ezzel szemben közvetlenül képesek a röntgenfotonokat elektromos jellé alakítani.
A közvetlen átalakítás során az elnyelt röntgensugárzás elektron-lyuk párokat hoz létre a félvezetőben. A töltések erős elektromos térben szétválnak a detektor tetején lévő katód és az alján lévő pixeles anódelektródák között.

fotó forrása: https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography/technologies-and-innovations/photon-counting-ct

A szilárdtest-szcintillációs detektorokhoz képest a fotonszámláló detektorok számos előnnyel rendelkeznek. Az egyes detektorcellákat a közös katód és a pixeles anódok közötti erős elektromos tér határozza meg (2. ábra), és nincs szükség további szeptumelemekre a detektor pixelei között a szcintillációs detektoroknál jellemző optikai "áthallás" elkerülése érdekében. A geometriai dózishatékonyság ezért jobb, mint a szcintillációs detektoroké és csak a szcintillációs detektorokban is jelen lévő szóródásgátló kollimátorlapátok vagy rácsok csökkentik. Ezenkívül minden egyes, a kollimátorlapátok által körülhatárolt "makro" detektorpixel kisebb detektor alpixelekre osztható, amelyeket külön-külön olvasnak ki, így jelentősen növelve a térbeli felbontást.

Mivel a fotonszámláló detektor képes megszámolni az egyes röntgenfotonok által létrehozott töltéseket, valamint mérni azok energiaszintjét, olyan detektorral rendelkezünk, amely minden egyes letapogatásnál saját spektrális érzékenységgel rendelkezik.

Mit jelent ez a komputertomográfiára nézve?

Dózistakarékosabbak, mint a jelenlegi detektorok. Emellett pixeleik sokkal kisebbek, ami jelentősen növelheti a térbeli felbontást. Az új technológia alapján a betegek még inkább számíthatnak a sugárdózis további csökkentésére és kevesebb kontrasztanyag használatára. Emellett az orvosok olyan képekkel dolgozhatnak, amelyek még a nagyon finom szöveti struktúrákat is láthatóvá teszik, például a tüdő kisebb hörgőit vagy a csontokban lévő áttéteket.
Javított képkontraszt.
Jobb térbeli felbontás a dózis hatékonyságának csökkenése nélkül.
Alacsonyabb sugárterhelés.
Belső spektrális érzékenység - többféle energiájú információ.

forrás FDA, Siemens