In tegenstelling tot conventionele radiografie is CT in staat om 3D informatie van de anatomische structuren en weefsels van de patiënt te genereren. In vergelijking met een conventionele RX opname echter, kan de stralingsdosis van een CT onderzoek tot wel 40 keer hoger zijn. Bovendien neemt het aantal uitgevoerde scans ieder jaar toe. Blootstelling aan ioniserende straling zorgt voor een klein, maar significant risico op stralingsgeïnduceerde maligniteiten. Het is dan ook noodzakelijk dat CT beeldvorming wordt geoptimaliseerd, om het vereiste beeldkwaliteitsniveau te kunnen garanderen aan een zo laag mogelijk dosis.

Het doel van deze thesis was om de werking van CT systemen te beoordelen, met betrekking tot dosis en beeldkwaliteit. Voxelfantomen, op basis van klinische CT data, werden gebruikt om Monte Carlo simulaties uit te voeren. De beeldkwaliteit werd geëvalueerd aan de hand van een automatisch algoritme, gebaseerd op lokale standaarddeviaties. Met deze methodiek werd het gedrag van buisstroommodulatie onderzocht. Verder werd een vereenvoudigde benadering ontwikkeld om patiëntspecifieke orgaandoses en risico’s te bepalen in de klinische praktijk.

Om de stralingsdosis te verlagen en de beeldkwaliteit te optimaliseren in CT beeldvorming werden buisstroommodulatie technieken ontwikkeld. Door de buisstroom te moduleren langsheen de lengte-as van de scan wordt het beeldkwaliteitsniveau constant gehouden doorheen de patiënt. De buisstroom wordt aangepast op basis van een topogram dat op voorhand wordt genomen, in de anterieur-posterieure (AP), posterieur-anterieure (PA) of laterale (LAT) richting. Als gevolg zal de exposie worden verlaagd in minder attenuerende of smallere anatomische regio’s. Zowel de invloed van het topogram type en de scanrichting op het dosisreducerend effect van deze modulatietechniek werd in dit werk onderzocht. Op basis van een AP, PA, LAT of dubbel AP/LAT topogram werden thorax scans genomen met CT’s van 3 verschillende fabrikanten. Bovendien werd de scanrichting gewijzigd voor 1 welbepaald toestel. Met behulp van Monte Carlo simulaties werden orgaandoses berekend die nadien werden gevalideerd met een antropomorf fantoom. De schildklier- en longdosis nam met 60% toe wanneer de scan gebaseerd was op een PA- in plaats van een dubbel AP/LAT topogram. Dit resulteerde tevens in significante verschillen in beeldkwaliteit. De schildklierdosis halveerde wanneer de scan in de caudocraniale richting (voeten eerst) werd genomen. Hierbij werden geen significante verschillen in beeldkwaliteit waargenomen. Onze resultaten tonen aan dat een gedetailleerde analyse van de werking van de buisstroommodulatie absoluut noodzakelijk is bij de kwaliteitscontrole van een CT scanner.

De klassieke fysisch-technische beeldkwaliteitsparameters worden gemeten in welbepaalde technische fantomen, welke niet representatief zijn voor de anatomie van de patiënt. De klinische beeldkwaliteit dient te worden beoordeeld met human observer studies. Een automatisch algoritme, op basis van lokale standaarddeviaties in het beeld, werd geëvalueerd voor gebruik in de klinische praktijk. Er werden thorax scans van Thiel gebalsemde lichamen gemaakt bij verschillende exposies. Zachte en scherpe kernels werden gebruikt om de beelden zowel met iteratieve als met filtered back projectie te reconstrueren. Om het automatisch algoritme te valideren werd een visual grading analysis opgezet. Er werd een significante correlatie gevonden tussen de klinische beeldkwaliteit en de voorgestelde scoringsmethode (ρ = 0.91, p < 0.001). Het automatisch scoringsalgoritme biedt grote mogelijkheden voor de evaluatie van thorax scans in de klinische praktijk.

De geabsorbeerde borstdosis in thoracale CT beeldvorming kan tot wel 10 maal hoger zijn dan bij een screeningsmammografie. Omdat het borstklierweefsel zelden de reden van de scan is, groeit de bezorgdheid over het verhoogde risico op borstkanker ten gevolge van CT onderzoeken. De werking en potentiële dosisreductie van orgaan-gebaseerde buisstroommodulatie werd in dit werk onderzocht. De techniek werd ontwikkeld om de dosis van anterieur gelegen organen te verlagen. De positie van de borsten ten opzicht van de gereduceerde dosiszone werd bepaald. Monte Carlo simulaties van standaard en orgaan gemoduleerde scans werden uitgevoerd op basis van klinische CT data van 17 vrouwelijke patiënten. Individuele orgaandoses en risico’s werden vergeleken tussen beide opnames. Het voordeel van orgaan-gebaseerde buisstroommodulatie wordt overschat, aangezien de gereduceerde dosiszone te klein is. Ondanks een borstdosisreductie van 9% absorberen posterieure organen tot 26% meer dosis. Dit zorgt ervoor dat het risico op stralingsgeïnduceerde maligniteiten niet vermindert.

In de klinische praktijk is het niet mogelijk om Monte Carlo simulaties uit te voeren. Daarom werd in dit werk een vereenvoudigde methode ontwikkeld om patiëntspecifieke orgaandoses en risico’s te bepalen ten gevolge van een CT scan van de torso. Geïndividualiseerde voxelmodellen werden gecreëerd op basis van volledige lichaamsscans van 10 pediatrische patiënten. Patiëntspecifieke orgaandoses en risico’s werden berekend met Monte Carlo simulaties. De resultaten werden vergeleken met de size-specific dose estimate (SSDE). Deze laatste correleerde significant met de verkregen orgaandoses (r > 0.8) en risico’s (r > 0.9). Bijgevolg kan deze dosisparameter gebruikt worden om patiëntspecifieke orgaandoses en risico’s te berekenen, mits rekening te houden met een lineaire correctiefactor. De SSDE-methode zorgt voor een on-the-spot dosis en risico bepaling in de klinische praktijk.

Mits een correct gebruik van buisstroommodulatie kan een significante dosisreductie worden verkregen in CT beeldvorming. Het correct positioneren van de patiënt in het isocentum van de scanner is echter van cruciaal belang. Bij een foute positionering zal de modulatietechniek niet correct functioneren. De schaduw op het topogram is dan immers te groot of te klein. Bovendien zullen de SSDE waarden onder- of overschat worden. Het uitvoeren van Monte Carlo simulaties met voxelfantomen op basis van klinische CT data laat toe om de geabsorbeerde dosis in organen binnen het stralingsveld accuraat te bepalen. De dosisdistributie buiten de field of view is echter niet gekend, zodat conclusies over organen op de rand van het voxelmodel met de nodige voorzichtigheid dienen te gemaakt te worden.

Deze PhD thesis benadrukt de nood voor patiëntspecifieke dosimetrie en beeldkwaliteitsbepaling in CT beeldvorming. Wanneer de werking van verschillende CT systemen wordt geëvalueerd, moet rekening gehouden worden met de anatomie van de patiënt, inclusief de relatieve positie van de verschillende organen. Bij voorkeur dienen individuele orgaandoses te worden bepaald in een Monte Carlo omgeving, gebruik makend van de CT data van de patiënt. Aangezien dit in een klinische omgeving niet mogelijk is, kan de ontwikkelde SSDE-methode gehanteerd worden. Bovendien werd aangetoond dat het voorgestelde algoritme om de beeldkwaliteit automatisch te scoren, een waardevol alternatief voor klinische beeldkwaliteitsevaluatie kan bieden. Deze methode laat toe om de beeldkwaliteit te monitoren in de tijd zonder menselijke tussenkomst.