Computertomographie

von altgriechisch: τομή ("tomé") - Schnitt und γράφειν ("gráphein") - schreiben
Englisch: computed tomography, computerised tomography, CT scan, CT

Definition

Die Computertomographie, kurz CT, ist ein Röntgenverfahren, mit dem der menschliche Körper in Querschnittbildern (Schnittbildverfahren) dargestellt wird.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen Röntgenaufnahme, auf der nur grobe Strukturen und Knochen erkennbar sind, wird in CT-Aufnahmen auch Weichteilgewebe mit geringen Kontrastunterschieden detailliert erfasst. CT-Bilder können in 2D oder durch Computerberechnungen in 3D betrachtet werden.

Technische Grundlagen

Im Gegensatz zur konventionellen Röntgenaufnahme wird bei der CT der Patient nicht nur aus einer Richtung durchstrahlt, sondern er wird durch eine sich drehende Röntgenröhre komplett aus allen Richtungen schichtweise "abgetastet", während er durch eine runde Öffnung des Computertomographen vorgeschoben wird. CT-Detektoren zeichnen die nach dem Körperdurchtritt abgeschwächte Röntgenstrahlung auf. Dadurch entsteht ein dreidimensionales Datenvolumen, wobei die Grundlage der Bildberechnung ein Voxel ist. Gewebe mit starker Röntgenabsorption erscheinen hell (hyperdens) und bei geringer Absorption dunkel (hypodens). Die entstehenden Graustufen werden mit Hilfe von CT-Werten oder Hounsfield-Einheiten (HE) beschrieben. Luft besitzt definitionsgemäß einen CT-Wert von - 1.000 HE und Wasser den Wert 0 HE.

Weitere technische Details siehe: Computertomograph

Bildbearbeitung

Moderne CT-Systeme erfassen ein dreidimensionales Datenvolumen mit hoher isotroper Auflösung, sodass Rekonstruktionen in beliebigen Ebenen (2D) sowie dreidimensionale Darstellungen (3D) möglich sind. Dies wird insbesondere durch die kontinuierliche Datenerfassung der Spiral-CT und die Mehrzeilendetektoren der Multidetektor-CT erreicht.

Man unterscheidet zwischen folgenden Bildbearbeitungsmethoden:

Kontrastmittel

Skelett und Lungenparenchym sowie Hämatome können nativ untersucht werden. Die Diagnostik von parenchymatösen Organen und Weichteilgeweben profitieren in den meisten Fällen von einer parenteralen Gabe eines jodhaltigen Kontrastmittels. Weiterhin ist für eine adäquate Beurteilung des Gastrointestinaltrakts häufig eine Darmkontrastierung (z.B. mittels Mannitol oder Bariumsulfat) sinnvoll.

siehe Hauptartikel: Kontrastmittel (CT)

Gating

Dynamisch bewegte Organe (Lunge, Herz) können mithilfe von Gating-Verfahren (Atemgating, EKG-Gating) in der CT abgebildet werden. Beispiele sind:

Kardiale Computertomographie (Kardiologie-CT)
Vierdimensionale Computertomographie (4D-CT)

Indikationen

Die CT wird vielfältig eingesetzt und ist aus dem Klinikalltag nicht mehr wegzudenken. Zu den zahlreichen Einsatzmöglichkeiten gehören u.a. die Beurteilung von:

Schädel: Blutungen, Traumata, Knochenbrüche, Schlaganfall, degenerative Veränderungen, Tumoren
Hals: Tumoren, Nasennebenhöhlen, Lymphknoten, HWS
Thorax: Raumforderungen in der Lunge, Schilddrüse, Lymphknoten, Gefäße, Herz, BWS
Abdomen: Leber, Pancreas, Gallenwege, Verletzungen im Oberbauch, Tumoren im Gastrointestinaltrakt, Lymphknoten, Entzündungen, LWS, Becken

Einteilung

...nach Untersuchungsgebiet

...nach Methodik

Hochauflösende Computertomographie (HRCT): Die HRCT nimmt besonders dünne Schichten (0,5–1,5 mm) auf und ermöglicht so eine hohe Ortsauflösung. Sie ist ein wichtiges Verfahren bei der Diagnostik von Lungenerkrankungen.
Low-Dose-CT (LDCT): Diese Form der CT erfolgt mit einer niedrigeren Strahlendosis als bei der Standarduntersuchung.
Dual-Energy-CT: Die Dual-Energy-CT nutzt zwei unterschiedliche Röntgenenergiespektren zur Differenzierung von Geweben anhand ihrer materialspezifischen Schwächungseigenschaften. Anwendungen sind u.a. die Differenzierung von Harnsäure- und Kalzium-haltigen Nierensteinen sowie die Verbesserung der Kontrastmitteldarstellung.
Photon-Counting-CT: Die Photon-Counting-CT ist eine neue Generation der CT-Technologie mit energieauflösenden Detektoren. Sie bietet eine hohe räumliche Auflösung und eine verbesserte Kontrastdarstellung bei reduzierter Strahlendosis.
CT-Fluoroskopie: Kontinuierliche oder sehr schnelle sequentielle CT-Aufnahmen mit hoher räumlicher Auflösung zur Lagekontrolle von Instrumenten

Varianten

Durch digitales Nachbearbeiten (Post-Processing) der Voxel-Daten ergeben sich neue Möglichkeiten:

CT-Angiographie (CTA): ermöglicht eine Gefäßdarstellung in 3D zur Erkennung von Stenosen
Perfusions-CT: kann berechnen, wie stark bestimmtes Gewebe durchblutet ist (Schlaganfall- und Tumor-Diagnostik).
Kardiale Computertomographie (Kardio-CT): ermöglicht eine nicht-invasive Darstellung der Koronararterien

Strahlenbelastung

Die Strahlenbelastung bei einer CT hängt stark von der untersuchten Körperregion und vom Protokoll ab. Es gibt daher keinen festen Wert, sondern typische Bereiche. Die Exposition wird dabei in Sievert angegeben.

Untersuchung	Dosis [mSv]
Schädel-CT	ca. 1–2
Thorax-CT	ca. 6–8
Abdomen-CT	ca. 5–10
Ganzkörper-CT (Trauma)	ca. 10–20

Der CT-Dosisindex (CTDI) beschreibt die vom CT-Gerät abgegebene Strahlendosis in einem standardisierten Phantom und dient als technische Referenzgröße.

Die Minimierung der Strahlenexposition ist ein zentrales Ziel der modernen Computertomographie. Dabei gilt das ALARA-Prinzip („as low as reasonably achievable“), wonach die Strahlendosis so gering wie möglich, aber so hoch wie nötig gewählt wird.

Wichtige Strategien zur Dosisreduktion bei der CT sind:

Automatische Belichtungssteuerung (AEC): Anpassung von Röhrenstrom und -spannung an die Körperregion und Patientenkonstitution
Iterative Rekonstruktionsverfahren: Reduktion des Bildrauschens bei geringerer Dosis im Vergleich zur klassischen Filtered-Back-Projection
Low-Dose-Protokolle: speziell optimierte Untersuchungsprotokolle, z.B. beim Lungenkrebs-Screening
Spektrale Verfahren (z.B. Dual-Energy-CT): ermöglichen ggf. eine Reduktion der Kontrastmittel- und Strahlendosis
Optimierung der Scanparameter: niedrige Röhrenspannung (kVp) bei geeigneten Fragestellungen, Anpassung des Pitch, Begrenzung des Scanvolumens
Organbasierter Strahlenschutz: gezielte Reduktion der Dosis für empfindliche Organe (z.B. Brustdrüse, Schilddrüse)

Vor- und Nachteile

Vorteile: gute Auflösung, kurze Untersuchungszeit, nicht invasiv, mittlerweile in fast allen Krankenhäusern verfügbar
Nachteil: relativ hohe Strahlenbelastung, mögliche Artefakte

Fallbeispiel

Thorax-CT

siehe auch: DICOM-Viewer

Komplikationen

Komplikationen sind nur in Verbindung mit der Kontrastmittelgabe zu erwarten, die bei manchen Personen zu allergischen Reaktionen führen kann. Bei Nierenfunktionsstörungen, Schilddrüsenüberfunktionen und Allergien ist Vorsicht angezeigt. Wirklich lebensbedrohliche Komplikationen sind absolute Seltenheiten.

Geschichte

Entdeckung

Die CT wurde 1972 von dem amerikanischen Physiker Allan M. Cormack und dem britischen Ingenieur Godfrey N. Hounsfield entwickelt. Sie erhielten dafür im Jahre 1979 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Die CT gilt als größte Erfindung in der Radiologie seit der Entdeckung der Röntgenstrahlen (durch Wilhelm Conrad Röntgen 1895). Bei der Diagnostik von Tumoren, Knochenbrüchen, Entzündungen usw. gehört die CT zu den wichtigsten bildgebenden Verfahren.

Meilensteine in der CT-Entwicklung

Innerhalb kürzester Zeit etablierte sich die CT zu einem der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin. Seit ihrer Einführung wurden CT-Scanner und Software technisch rasant weiterentwickelt.

1972 erstes CT-Gerät
1974 erstes kommerzielles CT-System mit Sofortbildrekonstuktion (Röhre rotiert 360° um den Patienten, damals noch mit fester Tischposition)
1987 Spiral-CT: technische Weiterentwicklung, "Volumenaufnahmeverfahren", Patient wird auf dem Tisch kontinuierlich durch das Messfeld bewegt, während die Röhre sich mehrmals um 360° dreht, Patient wird also spiralförmig abgetastet
1994 Subsekunden-Spiral-CT: verbesserte Auflösung, dünnere Schichten, größere Volumina werden schneller erfasst, Patient muss Atem kürzer anhalten
1996 Ultra Fast Ceramic Detektoren: reduzierte Strahlendosis, gleiche Bildqualität
1998 Multislice-Spiral-CTs (Multidetektor-CT): 4 Schichten pro Rotation, Rotationszeit nur noch 0,5 Sekunden; Kardio-CT wird möglich
2002 16-Zeilen-CT
2004 64-Zeilen-CT
2006 Dual-Source-CT: statt bisher nur einer Röntgeneinheiten und einem Detektor nun jeweils zwei Stück in einer Gantry
2007 256-Zeilen-CT

Vor allem die Bildqualität und Aufnahmezeit verbesserten sich. Während die Geräte der ersten Generation noch mehrere Minuten für eine Schichtaufnahme benötigten, sind es bei aktuellen Scannern nur noch Bruchteile von Sekunden.