Vierdimensionale Computertomographie
Definition
Die vierdimensionale Computertomographie, kurz 4D-CT, ist eine spezielle Form der CT-Bildgebung, bei der zeitliche Veränderungen anatomischer Strukturen über den Atemzyklus hinweg dargestellt werden. Die vierte Dimension bezeichnet dabei die Atemphase als zeitlichen Parameter, wodurch die Methode insbesondere zur Erfassung atemabhängiger Organbewegungen entwickelt wurde.
Hintergrund
Konventionelle CTs liefern nur momentaufnahmenbasierte Bilddaten. Bei stark atmungsabhängigen Strukturen kann es durch diese Limitierung zu Unschärfen, Fehlregistrierungen oder ungenauen Zielvolumenbestimmungen kommen. Die 4D-CT wurde entwickelt, um bewegungsbedingte Verzerrungen zu vermeiden und die Organbeweglichkeit präzise zu erfassen.
Das Verfahren entstand aus der Kombination konventioneller Spiral-CT mit einem Atemgating-System, das die Bilder in verschiedene Atemphasen synchronisiert. Dadurch entsteht ein zeitlich aufgelöster Volumendatensatz, der die Organlage in mehreren Phasen des Atemzyklus abbildet.
Prinzip
Bei der 4D-CT wird das Atemmuster des Patienten während des Scans mit einem externen Gating-System (z.B. Infrarot-Tracking des Thorax) aufgezeichnet. Die gewonnenen CT-Rohdaten werden nachträglich in Atemphasen (z.B. 10 Phasen von 0 %–90 %) einsortiert und rekonstruiert.
Anwendung
- Strahlentherapie: Die 4D-CT ist heute ein essentieller Bestandteil der modernen Bestrahlungsplanung, insbesondere bei nicht-kleinzelligem Bronchialkarzinom (NSCLC), Lebermetastasen, hepatozellulärem Karzinom, Pankreastumoren und zwerchfellnahen Lymphomen. Sie dient hier zur Erfassung des "Internal Target Volume" (ITV), also der vollständigen Bewegungsspanne des Tumors über den Atemzyklus hinweg. Damit lassen sich sicherheitsorientierte Planungsvolumina individuell definieren.
- Funktionelle Thoraxbildgebung: Beurteilung von Zwerchfellbewegung (z. B. bei Phrenicusparese), Visualisierung von Air Trapping oder Dynamik der Atemwege, Diagnostik von Tracheomalazie oder Lungenemphysem.
Nachteile
Ein zentraler Nachteil ist die im Vergleich zur konventionellen CT erhöhte Strahlenexposition, da über einen längeren Zeitraum wiederholt Bilddaten über denselben Körperbereich aufgenommen werden müssen, um alle Atemphasen abzubilden. Hinzu kommen längere Untersuchungs- und Nachverarbeitungszeiten. Dies verlängert nicht nur den Workflow, sondern erfordert auch eine entsprechende Rechnerkapazität und Erfahrung im Umgang mit den Daten.
Ein weiterer praktischer Nachteil ist die Abhängigkeit von einem stabilen und reproduzierbaren Atemmuster. Patienten mit unregelmäßiger oder flacher Atmung können unter Umständen nicht zuverlässig untersucht werden. Weiterhin erfordert der Einsatz der 4D-CT eine zusätzliche technische Infrastruktur (z.B. externes Atemgating-System) sowie spezialisierte Schulung des Personals, sodass ihre Verfügbarkeit auf spezialisierte Zentren beschränkt ist.