Lokale Phasenkontrast-Computertomographie - eine neue Strategie für die Lungenbildgebung im Menschen

Local phase contrast computed tomography - a novel strategy for lung imaging in humans

by Willi Wagner
Doctoral thesis
Date of Examination:2023-07-13
Date of issue:2023-07-03
Advisor:PD Dr. Christian Dullin
Referee:PD Dr. Christian Dullin
Referee:Prof. Dr. Stefan Andreas
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9971

 

 

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Abstract

English

This work demonstrates the testing of propagation-based local phase contrast tomography of the lung on a human size scale using clinically clinically acceptable radiation doses. The microstructure of the lung predestines the organ for phase-sensitive imaging techniques, but no clinically useful translation to the patient has been made. With the current study it could be shown that local ultra-high resolution tomographic synchrotron radiation-based pulmonary imaging of fresh non-fixed lungs on a human size scale at clinically acceptable dose levels is feasible. The resulting image data appear to be useful in initial objective and subjective radiological evaluation criteria, the data appears to be superior to clinical computed tomography. For an actual clinical application further technical optimizations are necessary and it is important to identify the patient groups that may benefit from local phase-contrast computed tomography in terms of diagnostic and clinical value, e.g., by avoiding invasive biopsies. To further evaluate and optimize the advantages of local phase contrast computed tomography and establish it as a novel lung imaging modality, a dedicated patient beamline for pulmonary imaging is planned at the Italian Synchrotron.The work shown here additionally serves the design of such beamline.
Keywords: high-resolution porcine lung imaging; phase retrieval; preclinical chest phantom; propagation based imaging; synchrotron radiation

German

Diese Arbeit zeigt die Erprobung von propagationsbasierter lokaler Phasenkontrasttomographie der Lunge auf menschlichem Größenmaßstab unter Verwendung klinisch vertretbarer Strahlendosen. Die Mikrostruktur der Lunge prädestiniert das Organ für phasensensitive Bildgebungstechniken, jedoch ist bislang noch keine klinisch sinnvolle Translation auf den Patienten erfolgt. Es konnte mit der aktuellen Studie gezeigt werden, dass lokale ultra-hochauflösende tomographische Synchrotronstrahlen-basierte Bildgebung der Lunge an frischen nicht-fixierten Lungen auf menschlicher Größenskala mit klinisch vertretbaren Dosismengen möglich ist. Die resultierenden Bilddaten scheinen in ersten Untersuchungen nach objektiven und subjektiven-radiologischen Bewertungskriterien der klinischen Computertomographie überlegen zu sein. Für eine tatsächliche klinische Anwendung sind weitere technische Optimierungen notwendig und es gilt die Patientengruppen zu identifizieren, die von der lokalen Phasenkontrast-Computertomographie einen diagnostischen und klinischen Mehrwert, z.B. durch Umgehung einer invasiven Biopsie, erlangen. Um die Vorteile der lokalen Phasenkontrast-Computertomographie weiter zu bewerten und zu optimieren mit dem Ziel sie als eine neue Methode für die Lungenbildgebung im Menschen etablieren zu können, ist es geplant am italienischen Synchrotron eine dezidierte Patienten Beamline für die pulmonale Bildgebung zu errichten. Die hier gezeigten Arbeiten dienen zusätzlich der Planung dieser Beamline.
Schlagwörter: Hochauflösende Bildgebung der Schweinelunge; Phasenrückgewinnung; Präklinisches Brustkorbphantom; Propagationsbasierte Bildgebung; Synchrotronstrahlung.
 
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