Computertomograph
Synonyme: Computertomograf, CT-Gerät
Englisch: CT scanner
Definition
Ein Computertomograph ist ein in der Radiologie eingesetztes Medizingerät zur Durchführung der Computertomographie. Dabei wird die Abschwächung von Röntgenstrahlung aus vielen verschiedenen Projektionen gemessen und mithilfe mathematischer Bildrekonstruktion zu Querschnittbildern des Körpers berechnet.
Aufbau
Ein Computertomograph besteht aus mehreren technischen Komponenten, die gemeinsam die Erfassung der Projektionsdaten und die Rekonstruktion der Schnittbilder ermöglichen. Die wichtigsten Bestandteile sind:
- Gantry
- Röntgenröhre
- Detektorsystem
- Patientenlagerungssystem (Untersuchungstisch)
- Datenerfassungs- und Rekonstruktionssystem
Gantry
Die Gantry ist die ringförmige Haupteinheit des CT-Systems. In ihr befinden sich die rotierenden Komponenten des Geräts, insbesondere die Röntgenröhre und das Detektorsystem. Während der Untersuchung rotieren diese Komponenten mit hoher Geschwindigkeit um den Patienten. Moderne CT-Systeme erreichen Rotationszeiten von etwa 0,25 bis 0,5 Sekunden pro Umlauf. Die kontinuierliche Rotation wird durch eine sogenannte Slip-Ring-Technologie ermöglicht, bei der elektrische Energie und Daten kontaktlos übertragen werden. Dadurch können unbegrenzte Rotationen ohne Kabelaufwicklung erfolgen.
Röntgenröhre
Die Röntgenröhre erzeugt die für die Untersuchung benötigte Röntgenstrahlung. Dabei wird ein fächer- oder kegelförmiges Strahlenbündel erzeugt, das den Körper des Patienten durchdringt. Während der Rotation der Gantry sendet die Röntgenröhre kontinuierlich oder gepulst Röntgenstrahlung aus. Die Strahlung wird im Körper je nach Gewebezusammensetzung unterschiedlich stark abgeschwächt, hauptsächlich durch Photoeffekt und Compton-Effekt.
Detektorsystem
Das Detektorsystem besteht aus einer Vielzahl einzelner Röntgendetektoren, welche die Intensität der Röntgenstrahlung nach Durchtritt durch den Körper messen. Moderne CT-Systeme verwenden mehrzeilige Detektorarrays mit vielen parallel angeordneten Detektorzeilen. Dadurch können während einer Rotation mehrere Schichten gleichzeitig erfasst werden. Die Detektoren wandeln die eintreffende Röntgenstrahlung zunächst in Licht (Szintillation) und anschließend in elektrische Signale um. Diese Signale werden verstärkt, digitalisiert und als Messwerte gespeichert. Während der Rotation der Gantry werden aus vielen verschiedenen Winkeln Projektionsdaten aufgenommen. Aus diesen Projektionsdaten berechnet der Computer anschließend mithilfe mathematischer Rekonstruktionsverfahren Schnittbilder des Körpers.
Datenerfassungssystem
Das Datenerfassungssystem (Data Acquisition System, DAS) verarbeitet die elektrischen Signale der Detektoren. Es übernimmt insbesondere:
- Verstärkung der Detektorsignale
- Digitalisierung der Messwerte
- zeitliche Synchronisation der Messdaten
Die so erzeugten Messwerte werden als Projektionsdaten gespeichert und anschließend zur Bildrekonstruktion verwendet.
Patientenlagerungssystem
Der Patient liegt während der Untersuchung auf einem motorisierten Untersuchungstisch. Dieser kann mit hoher Präzision entlang der Längsachse des Geräts bewegt werden. Während der Aufnahme bewegt sich der Tisch kontinuierlich durch die Gantryöffnung. Durch die Kombination aus Gantryrotation und Tischvorschub entsteht eine spiralförmige Abtastung des Körpers, die als Spiral-CT bezeichnet wird.
Bildrekonstruktion
Die gemessenen Projektionsdaten werden mithilfe mathematischer Rekonstruktionsverfahren zu Schnittbildern verarbeitet. Häufig verwendete Verfahren sind:
Das Ergebnis sind Schnittbilder des Körpers, die aus dem dreidimensionalen Datensatz rekonstruiert werden. Die Schwächung wird dabei in Hounsfield-Einheiten angegeben. Mehrere aufeinanderfolgende Schnittbilder können zu einem dreidimensionalen Datensatz kombiniert werden. Jedes Bildelement entspricht dabei einem Volumenelement, das als Voxel bezeichnet wird.
Moderne CT-Systeme
Moderne CT-Systeme verfügen über zahlreiche technische Weiterentwicklungen, darunter:
- Mehrzeilen-CT mit mehreren hundert Detektorzeilen
- hohe Rotationsgeschwindigkeiten zur Verbesserung der zeitlichen Auflösung
- Dual-Energy-CT zur Materialdifferenzierung
- Photon-Counting-CT zur spektralen Bildgebung
Diese Technologien ermöglichen eine verbesserte Bildqualität, eine schnellere Datenerfassung sowie eine genauere Gewebecharakterisierung.
Quellen
