Erkennung und Beurteilung von Bein- und Fußbelastungsfrakturen mittels Photonenzähl-CT (FootPCCT)

Eine Stressfraktur wird durch das Missverhältnis zwischen der Knochenstärke und der chronischen Belastung des Knochens verursacht, die nicht ausreicht, um eine akute Fraktur zu verursachen. Eine Stressfraktur heilt jedoch nicht von selbst. Man kann sie in Ermüdungsfrakturen (übermäßige Beanspruchung eines gesunden Knochens) und Insuffizienzfrakturen (normale Beanspruchung eines geschwächten Knochens) unterteilen. Ermüdungsfrakturen treten normalerweise bei gesunden Sportlern oder Militärrekruten auf, wohingegen Insuffizienzfrakturen bei Patienten mit einer zugrunde liegenden Stoffwechsel- oder Ernährungsstörung (z. B. Osteoporose). Auf Röntgenbildern und in der Computertomographie (CT) werden Stressfrakturen als runde oder lineare intrakortikale Durchsichtigkeit oder eine intertrabekuläre sklerotische Linie definiert, die selten die Kortikalis schneidet. Die Röntgenaufnahme ist eine kostengünstige und hochverfügbare Methode zur Erkennung von Frakturen, weist jedoch eine mäßige Sensitivität bei der Erkennung von Stressfrakturen auf: 15–35 % bei der ersten und 30–70 % bei der Nachuntersuchung. CT, eine weitere Modalität, die in den meisten Krankenhäusern gut verfügbar ist, zeigt bei der ersten Bildgebung eine ähnlich moderate Sensitivität von 32–38 %, jedoch eine entsprechend hohe Spezifität von 88–98 %. Ähnliche Spezifitätswerte können für die Magnetresonanztomographie (MRT) und die Kernszintigraphie beobachtet werden. Obwohl ihre Verfügbarkeit begrenzt ist und ihre jeweilige Untersuchungszeit verlängert ist, übertreffen sie die röntgenbasierten Technologien hinsichtlich der Empfindlichkeit (68–98 % MRT bzw. 50–97 % Kernszintigraphie).

Die Einführung der Dual-Energy-Technologie hat die CT von einem reinen anatomischen Bewertungsinstrument zu einer kombinierten anatomischen und funktionellen Modalität weiterentwickelt. Jedes Material hat eine spezifische Absorptionszahl, die durch Anlegen zweier unterschiedlicher Energien (hohe und niedrige Röntgenröhrenspannung) ermittelt werden kann. Diese Methode der multispektralen Bildgebung hat sich zur Erkennung von Gicht und zur Charakterisierung von Nierensteinen etabliert und klinisch eingesetzt. Weitere Studien haben gezeigt, dass DECT Knochenmarködeme darstellen kann, ein Marker für frühe Stressfrakturen und ein häufiger Befund im MRT. Dies wurde jedoch noch nicht in die klinische Praxis umgesetzt.

Die Photonenzähl-Computertomographie (PCCT) wurde kürzlich eingeführt und ermöglicht eine energieabhängige Trennung von Photonen über das gesamte Röntgenenergiespektrum. Dies führt zu reduziertem Hintergrundrauschen, verbesserter Bildauflösung und multispektraler Bildgebung, ohne dass eine zusätzliche Aufnahme auf einem anderen Energieniveau erforderlich ist. Eine erste Studie hat bereits gezeigt, dass die PCCT im Vergleich zur herkömmlichen Dual-Energy-Computertomographie (DECT) überlegen ist, kleine Nierensteine ​​besser zu erkennen und zu charakterisieren.

In diesem Projekt wollen die Forscher klinisch überwiesene Patienten mit Verdacht auf eine Stressfraktur der unteren Extremität einbeziehen, bei denen eine MRT durchgeführt wird, um die Diagnose einer vermuteten Stressfraktur zu bestätigen. Die Probanden werden auf dem neuen PCCT-System mit dosissparender Technologie gescannt, was eine Untersuchung nach dem ALARA-Prinzip (so niedrig wie vernünftigerweise möglich) gewährleistet. Die Forscher werden kein Jodkontrastmittel injizieren und sie werden eine mittlere Dosis von 2-4 mSv (Millisievert) erwarten. Da dabei der Grenzwert von 5 mSv nicht überschritten wird, wird dieses Projekt in die Kategorie A eingestuft.