(2026) Bassermann | PCCT reduziert Strahlhärtungseffekte bei der Abschätzungen des Protonen-Stoppkraftverhältnisses

Ivo Driesser

Diese Phantomstudie verglich photon-counting CT (PCCT), Dual-Energie-CT (DECT) und Single-Energie-CT (SECT) für Protonen Stoppkraftverhältnis (SPR) Abschätzung, wobei speziell getestet wurde, wie Phantomgröße und Einfügeposition die Genauigkeit durch Strahlhärtung beeinflussen. Zwei SPR-Methoden wurden bewertet: eine DECT-basierte Saito-Methode und eine konventionelle Hounsfield-Look-up-Tabelle (HLUT) Methode.

Das Hauptresultat war, dass PCCT kombiniert mit VMI-basierter HLUT-Abschätzung der stabilste Ansatz war, insbesondere bei größeren Phantomen. Für PCCT lagen die Abweichungen des Nicht-Knochen-SPR mit HLUT im Wesentlichen innerhalb von b11%, während die peripheren Fehler für DECT und SECT deutlich größer wurden.

Im herausforderndsten 40-cm-Phantom begrenzte PCCT + HLUT die periphere Abweichung auf +2,1% für kortikalen Knochen, während die Abweichungen bei DECT/SECT-Konfigurationen bis zu 25,5% erreichten. Insgesamt schließen die Autoren, dass PCCT-VMI + HLUT weniger anfällig für größen- und positionsabhängige Strahlhärtung ist als DECT oder SECT.

Zugriff auf Veröffentlichung

Protokoll

Detail	Wert
PCCT-Scanner	NAEOTOM Alpha
DECT / SECT-Scanner	SOMATOM Definition Edge
Phantome	Gammex Advanced Electron Density (AED) Phantom + kundenspezifisches Modular Evaluation (ME) Phantom
ME-Phantom-Durchmesser	10, 20, 30, 40 cm
Gewebeäquivalente Einsätze	12 zylindrische Einsätze, 2,8 cm Durchmesser × 16,5 cm Länge
Strahlhärtungs-Testeinsätze	CaCO3 50% und HE Cortical Bone
PCCT-Röhrenspannung	140 kVp
DECT-Erfassung	Dual-Spiral, 80/140 kVp
SECT-Röhrenspannung	120 kVp
PCCT-Rekonstruktion	QIR Stärke 3
DECT / SECT-Rekonstruktion	ADMIRE Stärke 3
Kernel	Qr40 für alle Modalitäten
PCCT-Strahlhärtungskorrektur	iBHC Quantum
DECT / SECT-Strahlhärtungskorrektur	iBHC bone
Matrix	512 × 512
Schichtdicke	2 mm
Voxelgrößenbereich	0,29 × 0,29 × 2,00 bis 0,88 × 0,88 × 2,00 mm³
PCCT-Protokoll	Standard-Abdomen-Protokoll
PCCT ME Phantom CTDIvol	10,2 mGy
DECT ME Phantom CTDIvol	20,1 mGy Niedrigdosis; 35,0 mGy Hochdosis
SECT ME Phantom CTDIvol	19,7 mGy Niedrigdosis; 35,1 mGy Hochdosis
VMI-Bereich	40–190 keV, in 10-keV-Schritten
Anzahl der VMI-Stufen	16
VOI (Volumen von Interesse)	1,9 cm Durchmesser × 2,0 cm Länge
SPR-Methoden	Saito/Sagara DECT-basierte Methode + SECT-basierte HLUT
PCCT HLUT VMI ausgewählt bei	150 keV small phantom; 170 keV large phantom
PCCT Saito VMI pair selected	150/160 keV small phantom; 80/90 keV large phantom
Primary evaluation	Size- and position-dependent SPR deviation / beam hardening

The acquisition and reconstruction parameters are reported directly in the study's image-acquisition section. The AED phantom provided calibration data, whereas the multi-diameter ME phantom was used for evaluation.

Key Results

Parameter	Main finding
Overall best combination	PCCT VMI + HLUT
PCCT HLUT calibration RMSD	0.5% at both selected VMI energies: 150 keV (small) and 170 keV (large)
Non-bone inserts, PCCT + HLUT	Within ±1.0% across all ME diameters except HE Liver at 10 cm (−1.1%)
CaCO₃ 50%, size dependence	PCCT + HLUT deviations <0.5%
HE Cortical Bone, size dependence	PCCT + HLUT deviation up to 0.9%, lowest among compared modalities
20-cm phantom, position dependence	All modalities/methods remained within 2.3%
30-cm phantom, HLUT	PCCT, high-dose DECT and SECT remained within 1.7%
40-cm phantom	Strongest position-dependent beam-hardening effects
40-cm peripheral cortical bone, PCCT + HLUT	Maximum deviation +2.1%
Largest peripheral deviations	Up to −5.5% for high-dose SECT and low-dose DECT with the Saito method
HLUT vs Saito	HLUT generally produced smaller and more stable SPR deviations
Dose observation	PCCT ME scans used 10.2 mGy, versus ~20 mGy for low-dose DECT/SECT and ~35 mGy for high-dose acquisitions
Main implication	PCCT-VMI + HLUT reduced the influence of beam hardening and produced more stable proton SPR estimates across object sizes and positions.

An important nuance is that the study did not find a clear correlation between phantom diameter and estimated SPR across all configurations; the major advantage of PCCT emerged especially in position-dependent stability in larger objects. The authors also caution that this was a simplified phantom experiment involving only one scanner of each type, so the findings cannot automatically be generalized to all clinical scanners or patient geometries.

Source:
Bassermann L, Edmund JM, Olech WE, et al. Impact of beam hardening on proton stopping-power ratio estimation using photon-counting, dual-energy, and single-energy computed tomography. Physics and Imaging in Radiation Oncology. Published online August 17, 2026; article 101064. doi: 10.1016/j.phro.2026.101064.