Computertomographie

Englisch: computed tomography, computerised tomography, CT scan, CT

1 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 neuerdings durch Computerberechnungen auch in 3D betrachtet werden.

2 Prinzip

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. Dadurch entsteht aus 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

2.1 Bildbearbeitung

Die konventionellen Geräte erfassen zwar ein dreidimensionales Volumen, jedoch sind Informationen in der Patientenlängsachse (z-Richtung) nur eingeschränkt verfügbar. Erst durch die Spiral- und Multidetektor-CT (s.u.) können 2D- und 3D-Bilder generiert werden. Man unterscheidet zwischen folgenden Bildbearbeitungsmethoden:

• Cine-Mode
• Multiplanare Reformation (MPR)
• Maximum-Intensitätsprojektion (MIP)
• Minimum-Intensitätsprojektion (MinIP)
• Oberflächenrekonstruktion (SSD)
• Volumenrekonstruktion (VRT)
• Virtuelle Endoskopie

2.2 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)

3 Geschichte

3.1 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.

3.2 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 Multisclice-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.

3.3 Ausblick

Juni 2012 wurde der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble mit dem Schiebefenster-Verfahren eine neue Technik vorgestellt. Das Verfahren berücksichtigt neben der Adsorption der Röntgenstrahlen im Gewebe auch eine andere Wechselwirkung, die sog. Gitter-Interferometrie. Damit kann bei CT-Aufnahmen ein wesentlich höherer Kontrast bei geringerer Strahlenexposition erreicht werden. Die Forscher hoffen, die Technik bald im klinischen Bereich einsetzen zu können.

4 Anwendung

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

Entsprechend unterscheidet man z.B.:

• Schädel-CT
• Thorax-CT
• Abdomen-CT
• Nasennebenhöhlen-CT
• Wirbelsäulen-CT

5 Varianten

Durch digitales Nachbearbeiten (post processing) der Voxel-Daten ergeben sich neue Möglichkeiten. So können z.B. mit der CT-Angiographie (CTA) Gefäße in 3D dargestellt werden (Gefäßdarstellung zur Erkennung von Engstellen). Mit dem Perfusions-CT kann berechnet werden, wie stark bestimmtes Gewebe durchblutet ist (Schlaganfall- und Tumor-Diagnostik). Mit dem Kardio-CT können verkalkte Herzkranzgefäße dargestellt werden. Die hochauflösende Computertomographie (HRCT) ist ein wichtiges Verfahren bei der Diagnostik von Lungenerkrankungen.

6 Vor- und Nachteile, Komplikationen

• Vorteile: gute Auflösung, kurze Untersuchungszeit, nicht invasiv, mittlerweile in fast allen Krankenhäusern verfügbar
• Nachteil: relativ hohe Strahlenbelastung
• Komplikationen sind nur in Verbindung mit der Kontrastmittelgabe zu erwarten, das bei manchen Personen zu allergischen Reaktionen führen kann. Bei Nierenfunktionsstörungen, Schilddrüsenüberfunktionen und Allergien ist Vorsicht angezeigt. Wirklich lebensbedrohliche Komplikationen sind absolute Seltenheiten.