Wie funktioniert CT?

Die CT basiert auf einer tomografischen Röntgentechnik, bei der ein Röntgenstrahl den Patienten in dünnen Schichten in einem 360°-Winkel abtastet. Detektoren erfassen die durch den durchstrahlten Körper geschwächte Röntgenstrahlung. Mittels einer mathematischen Bildrekonstruktion wird die lokale Röntgenschwächung jedem Punkt in der Untersuchungsschicht zugeordet. Diese örtlichen Röntgenschwächungswerte werden in Dichten umgerechnet, in Graustufen kodiert und schließlich als Bild dargestellt. Bei konventionellen CT-Geräten erfolgt die Abtastung eines Untersuchungsvolumens konsekutiv, also Schicht an Schicht.

Spiral-CT

Bei einem Spiral-CT rotiert die Röntgenröhre kontinuierlich. Die Röhre muß dabei eine hohe Wärmebelastbarkeit besitzen, um über einen ausreichenden Zeitraum Strahlung abgeben zu können. Moderne Scanner gewährleisten mehr als 100 s Dauerstrahlung. Im Gegensatz zur Standard-CT wird der Patient nicht schichtweise abgetastet. Die Datenerfassung erfolgt bei gleichmäßigem Tischvorschub durch die Untersuchungsebene. Es resultiert eine spiralförmige bzw. helicale Abtastbewegung, die zu den synonymen Bezeichnungen Spiral-CT bzw. Helical-CT geführt hat.
Aus dem erfassten Volumen kann von jedem beliebigen Segment ein CT-Bild berechnet werden, insofern sind Tischvorschub und Ort der Bildrekonstruktion unabhängig voneinander. Es lassen sich so beliebige Ebenen oder überlappende Schichten ohne Erhöhung der Strahlenexposition reproduzieren.

Mehrschicht-CT

Die Mehrschicht-Computertomografie, syn. Mehrschichtspiral-CT, Multidetektor-CT, Mehrzeilen-CT, Multislice-CT, Volumen-CT, ist ein weiter Meilenstein in der CT-Technologie. Die entscheidenden Vorteil der Mehrschicht-Systeme liegen in der reduzierten Scanzeit, der Verringerung der Schichtdicke und der Erhöhung der Scanlänge. Durch diese Technologie avancierte das CT aus einer rein transaxialen zu einer echten dreidimensionalen Bildgebung.
Mehrschicht-Systeme erfreuten sich einer schnellen Akzeptanz durch die Radiologische Gemeinde. Dies lässt sich aus dem exponentiellen Wachstum der Geräteinstallationen ablesen: waren 1998 erst 10 Scanner installiert, gab es Mitte 1999 schon 100 Systeme und Ende 2000 waren weltweit über 1000 Mehrschicht-Geräte installiert.

Abtastprinzip

Im Gegensatz zu konventionellen Systemen mit Einzeldetektor oder Detektorring verfügen Mehrschicht-Geräte über zwei oder mehr parallele Detektoren .Gab es bereits in den 70er Jahren geteilte Detektoren, so erschien das erste Gerät mit geteiltem oder dualem Detektor und kontinuierlich rotierender Röhre erst in den frühen 90er Jahren. Systeme mit 4 parallelen aktiven Detektoren wurden 1998 eingeführt, derzeit sind Geräte mit 8, 10 oder 16 Zeilen gebräuchlich. In vielen Zentren sind inzwischen  64-Zeiler Standard. Für die Darstellung der Herzkranzgefäße sind inzwischen auch 256- und 300-Zeiler auf dem Markt.

Die Leistung vieler dieser Systeme wurde zusätzlich durch eine höhere Rotationsgeschwindigkeit verbessert. Im Resultat dessen hat ein 4-Zeilen-Scanner mit einer Rotationszeit von 0,5 Sekunden eine um 8 mal höhere Leistung als ein herkömmlicher Einzeilen-Scanner mit einer Rotation von 1 Sekunde.

Vorteile

Die Leistung der Mehrschicht-CT ist letztendlich 4 mal, bei modernen Scannern sogar 8 bis 100 mal höher, als bei konventionellen Spiral-Scannern. Diese enorme Leistungssteigerung ermöglicht eine kürzere Scandauer, längere Untersuchungsabschnitte und dünnere Schichten.
Kürzere Scanzeiten reduzieren die Gefahr von Bewegungsartefakten, speziell bei Kindern und Schwerkranken. Wesentliche Verbesserungen zeigen sich auch bei der Untersuchung Verunfallter, bei Patienten mit Atemnot oder bei der Abklärung von Lungenembolien. Gleichzeitig ermöglicht die kürzere Scanzeit die Untersuchung der Leber oder anderer Organe in verschiedenen definierten Kontrastphasen, was die Detektion und Einordnung von Tumoren erleichtert. Gleichzeitig kann der Bedarf an Kontrastmittel verringert werden.
Längere Scanabschnitte sind speziell bei der CT-Angiografie von Bedeutung. CT-Angiografien erwiesen sich als vorteilhaft bei der Diagnostik der gesamten Aorta und der peripheren Gefäße bis herab zu den Füßen.
Nicht zuletzt bestechen die Geräte mit dünneren Schichten und isotroper Schnittführung in allen gewünschten Ebenen (d.h. gleichwertige Bildqualität in jeder beliebigen Rekonstruktionsebene) mit stets gleichbleibender Auflösung. Somit wird eine nahezu isotrope multiplanare Bildgebung Realität, die nicht selten die Auflösung der MRT übertrifft.

Nachteile

Die massiv erhöhte Datenflut stellt einen Wermutstropfen der Multislice-Technik dar, insbesondere wenn hohe Auflösungen oder qualitativ hochwertige Rekonstruktionen gefordert sind. Die Untersuchung des Brust- und Bauchraumes (60cm) produziert bei einer gewählten Schichtdicke von 1mm 500 bis 800 Bilder, je nach Überlappung. Natürlich ist das kein echter Nachteil sondern eine Herausforderung an die zur Verfügung stehende Computertechnologie.

Mit unserem modernen Scanner sind solche Datenmengen problemlos zu bewältigen: Die Ladezeit in den sogenannten Slab-Viewer dauert wenige Sekunden, danach kann man sämtliche Schichten in Echtzeit filmartig durchsehen, die Schichtdicke online variieren, andere Ebenen einstellen oder sogar dreidimensionale Reformationen ohne Zeitverzug erstellen.

Aufbau eines CT

Herzstück des CT ist die Röntgenröhre. Unser Scanner verfügt über eine Hochleistungsröhre mit einer Wärmespeicherkapazität von 5,2 MHU. Die variabel einestzbaren Größen des Röntgenfokus von 0,5x0,7 und 0,8x1,2 gewährleisten eine hohe Detailgenauigkeit.

Der Röhre gegenüber liegt der Detektor. Schichtdicken (Kollimationen) von 2 x 0,6, 10 x 0,75 bis 10 x 1,5mm sind voreinstellbar.

Diese beiden Systeme rotieren in einer maximalen Rotationsgeschwindikeit von 0,4s pro Umdrehung gegeneinander und tasten bei kontinuierlichem Tischvorschub den Körper des Patienten spiralförmig ab.

Der Tisch selbst ist Höhen- und Längsverstellbar und gewährleistet einen millimetergenauen Vorschub. Spezielle Sicherungssysteme verhindern das Einklemmen oder Anstoßen, so daß eine Verletztung des Patienten ausgeschlossen ist.

Ein speziell von Philips entwickeltes Verfahren reguliert die Strahlendosis während der Untersuchung automatisch, d.h. entsprechend der Patientenanatomie wird die Dosis bei großen anatomischen Bereichen (Schulter, Hüften) gemäß der Voreinstellung gehalten, bei kleineren oder luftgefüllten Bereichen (Extremitäten, Lunge) automatisch reduziert. Dies reduziert die Gesamtdosis für den Patienten um bis zu 50% bei gleichbleibender Bildqualität.

Das so erhaltene Datenmaterial wird aufwendig in einem speziellen Rekonstruktionsrechner verarbeitet und zunächst in dünne Schichten umgesetzt. Dem Anwender bleibt es danach vorbehalten, daraus dirkcere Schichten in jeder beliebigen Ebene nachzurekonstruieren oder dreidimensionale Bilder zu erstellen.

Für spezielle Untersuchungen z.B. am Kopf oder an der Wirbelsäule läßt sich die Untersuchungsöffnung (Gantry) kippen.

Untersuchungsdurchführung

Aufklärung und Fragen zur Krankengeschichte sind Bestandteil der Untersuchung. Insbesondere sind bestimmte Risiken (s. dort) auszuschließen, die z.B. eine intravenöse Kontrastmittelgabe unmöglich machen.

Viele Bauchuntersuchengen bedürfen einer bestimmten Vorbereitung: Um Darmschlingen und Strukturen im oder um den Darm besser abgrenzen zu können, wird häufig ein Kontrastmittel (positives Kontrastmittel) oder Wasser (negatives Kontrastmittel) zu trinken gegeben. Je nach Umfang der Untersuchung sollte dies fraktioniert bis zu einer Stunde gegeben werden, um sämtliche Darmabschnitte bis zum Enddarm gleichmäßig zu füllen. Soll der Darm selbst dezidiert dargestellt werden, z.B. im Rahmen einer virtuellen Koloskopie, so ist eine entsprechende Darmreinigung erforderlich.

Sofern eine intravenöse Kontrastmittelgabe notwendig und sinnvoll ist, wird auf dem Untersuchungstisch eine Verweilkanüle gelegt. Bei unserem schnellen Scanner ist eine maschinelle Injektion zwingend notwendig, um ein gleichbleibend gutes Ergebnis bzw. einen optimalen auf die Fragestellung abgestimmten Kontrast zu erhalten.

Der Scan selbst dauert zwischen 8 und 40 Sekunden, je nach Untersuchungsabschnitt und eingestellter Schichtdicke. In vielen Fällen (Untersuchung von Bauch- oder Brustraum) muß dabei der Atem angehalten werden, um Verwischungen durch die Atembewegung zu vermeiden. Beim Herz-CT erfolgt zusätzlich eine EKG-Triggerung.

Mitunter werden 2 oder 3 Serien gefahren, um z.B. unterschiedliche Durchblutungsphasen der Organe darzustellen.

Die eigentliche “Raumzeit” ist jedoch selten länger als
 5 Minuten.

Das gewonnene mitunter sehr umfangreiche Bildmaterial (bis zu 1000 Schichten pro Untersuchungsgang) wird nachfolgend Rekonstruiert und Nachbearbeitet. Gerade 3-D-Darstellungen bedürfen einer gewissen Rechnerzeit.

Die Betrachtung von Einzelbildern wird heute immer weniger verwendet, der Untersucher läßt die Bildmenge häufig als Video-Sequenz ablaufen, innerhalb der nach Belieben vor- oder zurückgespult werden kann.

                                                                             Kontrastmittelpumpe der Firma Tyco Healthcare                                                                                        mit zusätzlicher Pumpe für isotonische Kochsalzlösung

Kontrastmittel

Kontrastmittel sind ein wichtiger Bestandteil vieler CT- Untersuchungen.

Man unterscheidet die oral (als zum Trinken) gegebenen Kontrastmittel und solche, die intravenös injiziert werden.

1. Orale Kontrastmittel:

Die Gabe von Wasser als negatives Kontrastmittel erleichtert die Schleimhautbeurteilung nach intravenöser Kontrastmittelapplikation. Dieses Vorgehen gewinnt mehr und mehr Bedeutung in der Mehrschicht-CT des Bauchraumes, da so dieGekrösegefäße nicht überlagert sind. Die dargereichten Wasser oder Säfte sollten kohlensäurefrei sein.
 

Ein hoher negativer Kontrast wird mittels Luft oder Kohlendioxid erreicht und eignet sich daher besonders zur virtuellen Endoskopie des Kolon (oder Magens). CO₂ hat den Vorteil, vom Körper resorbiert und über die Atmung wieder ausgeschieden zu werden, verursacht weniger reaktive Spastiken und wird daher vom Patienten besser toleriert. Darüberhinaus ist die Entfaltung des Kolon mit CO₂ in der Regel besser als mit Luft. Eine zusätzliche Injektion von Spasmolytika (20-40mg Buscopan) verbessert die Darmentfaltung und sollte bei Auftreten der ersten Symptome (Spasmen) gegeben werden.
 

Suspensionen von Bariumsulfyt (BaSO₄) und jodhaltige Lösungen haben als positive Kontrastmittel universellen Charakter. Darmstrukturen sind auch bei schlechter Entfaltung immer klar indentifizierbar. Ein Nachteil der positiven Kontrastmittel besteht in der schlechteren Beurteilbarkeit der Darmschleimhaut nach i.v.-Kontrastmittelapplikation. Bariumsuspensionen haben in der Regel einen annehmbareren Geschmack und werden von vielen Anwendern zur Diagnostik des Oberbauches bevorzugt.
 

2. Parenterale Kontrastmittel

Die heutzutage verwendeten Kontrastmittel basieren auf Jod in einer komplexen Verbindung. Die Nebenwirkungsrate ist bei nichtionischen niedrigosmolaren Kontrastmitteln, wie z.B. dem bei uns häufig verwendeten Optiray, sehr gering. Anwendungsgebiete der intravenösen Injektion sind:

· CT-Angiografie (Gefäßdarstellung)

· Gefäßidentifizierung (zur Differenzierung von Lymphknoten)

· Parenchymenhancement (Detektion und Chakterisierung von gut- oder bösartigen Tumoren)

· Kontrastmittelaufnahme im Interzellularraum (Entzündungs- und Tumordiagnostik)

· Urologische Fragestellung (Ausscheidung, Nierenbeckenkelchsystem)

· Perfusionsanalyse (Charakterisierung fokaler Läsionen, Gewebsperfusion).

Die Risiken der Kontrastmittelgabe sind gering, Informationen gibt es auf der entsprechenden Seite.