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Abstract

This thesis proposes two automatic exposure control (AEC) techniques to reduce the radiation risk of computed tomography (CT) scans for patients. Modern AEC includes the selection of a constant tube voltage and tube current modulation (TCM) meaning that the tube current is adjusted per projection angle and longitudinal position. While conventional TCM minimizes the tube current time product as a surrogate for patient dose, TCM methods minimizing a risk measure (riskTCM) such as the effective dose have been proposed. This thesis proposes a risk-minimizing tube current and tube voltage modulation (riskTCTVM). For simulated circular scans, riskTCTVM showed effective dose decreases of less than 1 % at constant noise for unenhanced scans and up to 35 % at constant contrast-to-noise ratio for iodine-enhanced scans compared to riskTCM. The second proposed technique is an optimized tube start angle selection that decreases the effective dose especially for spiral scans with high pitch values, i.e. for high table increments per tube rotation compared to the scanner’s collimation. For a collimation of 80 mm and a pitch value of 3, the mean reduction in effective dose was in simulations 16 % compared to the mean dose over all start angles which models current clinical practice with a random start angle.

Translation of abstract (German)

In dieser Dissertation werden zwei Techniken zur automatischen Belichtungssteuerung (AEC) vorgeschlagen, um das Strahlenrisiko von Computertomographie (CT) Scans für Patienten zu reduzieren. Die moderne AEC umfasst die Wahl einer konstanten Röhrenspannung sowie die Röhrenstrommodulation (TCM), d.h. dass der Röhrenstrom an den Projektionswinkel und die longitudinale Position angepasst wird. Während die herkömmliche TCM das Röhrenstrom-Zeit-Produkt als Surrogat für die Patientendosis minimiert, wurden TCM-Methoden vorgeschlagen, die ein Risikomaß wie die effektive Dosis minimieren (riskTCM). Diese Arbeit schlägt eine risikominimierende Röhrenstrom- und Röhrenspannungsmodulation (riskTCTVM) vor. Für simulierte Kreisscans zeigte riskTCTVM eine Verringerung der effektiven Dosis im Vergleich zu riskTCM um weniger als 1 % bei konstantem Rauschen für Nativscans und bis zu 35 % bei konstantem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis für Scans mit Jod als Kontrastmittel. Die zweite vorgeschlagene Technik ist eine optimierte Auswahl des Startwinkels der Röhre, die die effektive Dosis insbesondere bei Spiralscans mit hohen Pitchwerten, d.h. bei hohem Tischvorschub pro Röhrenumdrehung im Vergleich zur Kollimierung des Scanners, reduziert. Für eine Kollimierung von 80 mm und einem Pitchwert von 3 betrug die mittlere Reduktion der effektiven Dosis in Simulationen 16 % im Vergleich zur mittleren Dosis über alle Startwinkel, was die aktuelle klinische Praxis mit einem zufälligen Startwinkel modelliert.