Die klinische Bedeutung von Untersuchungsmethoden: Computer Tomographie

4. Die klinische Bedeutung von Untersuchungsmethoden: Computer Tomographie

Autor: Ildiko Kalina

 

4.1. Fazit und Ziel dieses Kapitels

Der Zweck dieses Kapitels ist:

• um den Leser mit den Grundlagen der CT-Bildgebung, der Struktur und Typen von CT-Geräten zu erkennen,
• die Interpretation der Untersuchungsnomenklatur, der Fensterungs- und Nachbearbeitungstechniken, die Patientenvorbereitung vor den Untersuchungen, die Ausführung einiger der wichtigsten / häufigsten Untersuchungen und derer Pozition im Untersucnhungsalgorithmus

 

4.2. Die CT-Bildgebung

Röntgenstrahlen werden abgeschwächt, wenn sie den menschlichen Körper durchdringen; mit Hilfe von Computeranwendungen können mathematische Methoden diese Abschwächung in sichtbare Bilder umsetzen.
Dieser Prozess besteht aus 2 Teilen.
Der erste Teil ist die Messphase, deren Ergebnisse auf einen Rechner übertragen werden. Die zweite Phase ist die Bildrekonstruktion, die mit der Bilddarstellung abschließt.

4.2.1. Die Grundlagen der CT-Bildgebung

1917 formulierte Radon eines der grundlegenden Prinzipien in der CT-Bildgebung:
„Ein dreidimensionaler Körper, der aus einer unendlichen Anzahl von Punkten zusammengesetzt ist, kann mathematisch rekonstruiert und jederzeit produziert werden“.
Ein schmaler Röntgenstrahl tastet die transversale Schnittebene des zu untersuchenden Körpers ab.
Die Differenz zwischen ein- und ausgehender Strahlung ist als Absorptionsprofil des jeweiligen Körpers bekannt. Die Quintessenz tomographischer Bildgebung ist, dass wir den Grad der Strahlenabsorption für jedes der verschiedenen räumlichen Elemente in einer Schicht mit einer ausreichend großen Anzahl von aus verschiedenen Richtungen aufgenommenen Absorptionsprofilen bestimmen können.
Wir erfassen die abgeschwächte ausgehende Strahlung mit Detektor-Zeilen.
Die Detektoren wandeln die Strahlung in elektronische Signale um, die mittels digitaler Datenverarbeitungssysteme analysiert und in numerische Daten umgewandelt werden.
Ein CT-Bild ist eine Schnittbild, das aus multidirektional gemessenen Strahlenabschwächungswerten berechnet wird.

4.2.2. Digitales Bild (Rasterbild)

Ein Voxel ist ein Volumenelement derselben Größe in einer bestrahlten Schicht des Körpers. Es ist eine prismatische Formation, deren Basis ein Pixel darstellt (Bildelement – normalerweise 0,5 x 0,5 mm groß). Die Prismenhöhe entspricht der Schichtdicke (normalerweise 0,5 – 1,0 mm).

4.2.3. Grundlegende Konzepte der CT

Gantry – ringförmige Vorrichtung, die die Röntgenstrahlröhre und die Detektoren umfasst.
Tischbewegung – periodisch oder kontinuierlich
Matrix (Raster) - 512 x 512, 1.024 x 1.024

Dichte – Gewebs“solidität“

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• 1000 HU Vakuum
• - 100 HU Fett
• 0 HU Wasser
• 0 – 20 HU dichtere Flüssigkeiten
• 20 – 70 HU Weichteilgewebe
• 70 – 100 HU frische Blutung in Weichteilgewebe
• 100 – 1000 HU Kontrastmittel, Verkalkung
• 3000 HU vollständige Strahlenabsorption

 
Ein CT-Scan kann theoretisch 4.000 Schattierungen erzeugen. Die Stärke der Abschwächung, die durch die Dichte des von den Strahlen durchdrungenen Materials bestimmt wird, wird in sog. Hounsfield-Einheiten (HU) angegeben. Diese Skala hat einen negativen Endpunkt (-1000 HU), der der Abschwächung im Vakuum entspricht, der positive Endpunkt (3000 HU) gibt die vollständige Abschwächung an. Der Nullpunkt (0 HU) steht für die Dichte von Wasser.

4.2.4. Windowing (Fensterdarstellung)

Das menschliche Auge kann nur 40 – 60 Grau-Abstufungen erkennen. Mittels CT können bis zu 3000 verschiedenen Densitäten gemessen werden. Um zu vermeiden, dass alles gleichförmig grau erscheint, beschränken wir uns bei der Zieldichte auf die sichtbare Grau-Skala, alle darunter liegenden Dichten werden schwarz, alle darüber liegenden weiß angezeigt.
Wir betrachten die entstandenen Bilder in verschiedenen Fenstern, entsprechend der zu untersuchenden Gewebestruktur.

4.3. CT-Geräte

- Ein-Schicht (schrittweise Schichtung)-CT – die Bewegung des Patiententisches erfolgt periodisch, mit jeder Messung wird eine transversale Schicht des Körpers erfasst
- Spiral-(Helix-) CT –seit 1990 in Gebrauch.
Die Bewegung des Patiententisches erfolgt kontinuierlich, so ist es möglich, das Gesamtkörpervolumen zu messen.
- Multislice-Multidetektor-CT – seit 1992 weit verbreitet.
- Zwei-Spektren-, Dual-Source-CT’s (mit 2 Röntgenröhren) werden seit 2005 genutzt.
- PET-CT ist eine kombinierte diagnostische Methode.

4.3.1. Die Vorteile des Multislice-CT

Die kontinuierliche Tischbewegung ermöglicht eine kontinuierliche Messung ohne Informationsverlust.
Ein einmaliges Luftanhalten ist für einen Gesamtkörper-„Scan“ ausreichend.
Es treten weniger Bewegungsartefakte auf (Untersuchung von Patienten mit schweren medizinischen Krankheitsbildern).
Die Dünnschicht-Bildgebung ermöglicht eine genauere Dichteanalyse.
Auf der Grundlage der schnellen, High-Volume-Datenerfassung sind Rekonstruktionen in allen Ebenen möglich.
Die Volumenmessung ermöglicht eine räumliche Visualisierung.
Günstige Strahl(enbelast)ung.
Die Kontrastmittelmenge kann reduziert werden.

4.3.2. Dual-Source-Bildgebung

Gleichzeitige Anwendung von 2 Röntgen-Quellen und 2 Detektoren.
Die beiden Röhren werden im rechten Winkel zueinander platziert, und die Informationen werden von den Detektoren synchron erfasst.
Es werden 2 Betriebsarten unterschieden.
Im Dual-Souce-Modus arbeiten beide Röntgengeräte mit demselben kV-Weert.
Die Erfassung axialer Schnitte erfordert nur eine 90°-Rotation.
Im Dual-Energy-Modus betragen die Röhrenspannungen 80 bzw. 140 kV, und für einen transversalen Schnitt rotieren die Röhren um 180°.
Die Absorption von Röntgenstrahlen verschiedener Energie ist dann unterschiedlich.
Es werden 2 Datensätze erfasst, die unterschiedliche Informationen enthalten.

Die Vorteile der Dual-Source-Bildgebung
Gewebedifferenzierung auf neue Weise.
Blutgefäße oder Knochen können direkt subtrahiert werden.
Onkologische Tumorklassifikation.
Darstellung von Gefäß-Plaques, detaillierte Bildqualität.
Abgrenzung von Körperflüssigkeiten in der notfallmäßigen Diagnostik.

4.3.3. PET-CT

Es handelt sich um eine kombinierte diagnostische Methode, eine Verbindung von Computertomographie (CT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
Das Tracer-Element sind mit radioaktiven Isotopen (18F) markierte Glukosemoleküle (FDG) mit einer sehr kurzen Halbwertszeit, von denen nur eine geringe Menge injiziert wird.
Mittels PET werden metabolische Prozesse in den Zellen gemessen und im CT die anatomischen Strukturen veranschaulicht.
Diese Methode wird in erster Linie zur Früherkennung maligner Tumoren, deren Staging und Kontrolle der Wirksamkeit der Behandlung genutzt.

4.4. Die CT-Untersuchung

4.4.1. Vorbereitung des Patienten auf die CT-Untersuchung

Die Vorbereitung des Patienten für eine elektive CT-Untersuchung liegt in der Verantwortung des überweisenden Arztes.
Vor und nach der Untersuchung muss der Patient gut hydriert sein (durch Trinken oder Infusion von viel Flüssigkeit), um eine nephrotoxische Wirkung des injizierten intravenösen Kontrastmittels zu verhindern.
Intravenös darf Kontrastmittel nur in Kenntnis der Nierenfunktion verabreicht werden (Serumkreatinin, GFR), die in jedem Fall durch den Radiologen zur überprüfen ist.
Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion erhalten ein spezielles Kontrastmittel, bei Patienten mit sehr niedriger GFR wird Kontrastmittel nur bei vitaler Indikation intravenös verabreicht.
CT-Untersuchungen mit Kontrastverstärkung sollten nach etwa 4 Stunden Nüchternheit stattfinden, um Nebenwirkungen des Kontrastmittels (Übelkeit, Erbrechen) zu vermeiden.
Wenn die antidiabetische Medikation bei Patienten Metformin enthält, sollte sie vor und nach der Untersuchung für jeweils 48 Stunden ausgesetzt werden.
Intravenös injizierte jodierte Kontrastmittel verändern den Serumjodspiegel bei Patienten, die jodhaltige Medikamente einnehmen und können somit das Ergebnis der Kontrolluntersuchung verfälschen.
Vor der Untersuchung klären wir den Patienten über die Risiken des Verfahrens auf, die er durch Unterschrift der Einwilligungserklärung anerkennt und rechtfertigt.

4.4.2. Untersuchungstechnik

Jede Untersuchung umfasst 2 grundlegende Aufzeichnungsarten: das Topogramm (Übersicht) und das Tomogramm (Schnitt, Schicht).
Alle CT-Untersuchungen beginnen mit einem wandernden Schichtbild a drift-slicing image, dem Topogramm, das die zu untersuchende Region erfasst. Eigentlich ist es ein digitales Röntgenbild, das entsprechend dem zu untersuchenden Körperteil posterior-anterior oder lateral aufgenommen wird. Wir wählen Start- und Endpunkt der Region, an der wir interessiert sind, aus. Danach werden die Tomogramme – die transversalen Schnitte – von ebendiesem Teil des Körpers angefertigt. Die Messparameter können wir entsprechend der klinischen Fragestellung und des zu untersuchenden Gebiets anhand der vom Computer gebotenen Möglichkeiten auswählen.
Die Tomographie erfolgt normalerweise in 2 Serien, zuerst nativ und dann nach Kontrastmittelgabe.

4.4.3. Für CT-Untersuchungen verwendete Kontrastmittel

CT-Aufnahmen können nativ, ohne Hinzufügung externer Materialen angefertigt werden.
In den meisten Fällen werden jedoch verschiedene Kontrastmittel genutzt. Kontrastmittel werden routinemäßig auf 2 Wegen an die Untersuchungsstelle befördert. Zur Veranschaulichung des Verdauungstraktes verwenden wir orale Kontrastmittel, zu Erzielung einer verbesserten generellen Auflösung von Geweben injizieren wir intravenöse jodierte Kontrastmittel, meistens in eine kubitale Vene. In den meisten Fällen benutzen wir zur Verabreichung des Kontrastmittels einen Injektor. Dieser befördert das Kontrastmittel sanft und unter konstantem Fluss in das Gefäßsystem. In besonderen Fällen können wir Kontrastmittel auch anders verabreichen, z. B. rektal, oder mittels einer Sonde in bestimmte anatomische Regionen, oder über das Eröffnen einer Fistel.

4.5. Die klinische Nutzung des CT

Am häufigsten für Routineuntersuchungen

• Kraniales CT (und/oder CTA) (Gehirn, Knochen, Blutgefäße)
• Zervikales CT (und/oder CTA) (Halsweichteilgewebe, Lymphknoten, Blutgefäße)
• Faziales CT (Sinus)
• Thorax-CT (und/oder) CTA (Lunge, Mediastinum, große Gefäße, Herz)
• Abdominal-/Becken-CT (und/oder CTA) (abdominale parenchymale Organe, Verdauungstrakt, Urographie, abdominale Blutgefäße)
• CT der unteren Extremitäten
• Knochen-CT (z. B. Wirbelsäule)

 
CT-Untersuchungen von Patienten können die vorrangige Modalität der Wahl innerhalb der Untersuchungsabfolge darstellen (Schlaganfall, Polytrauma, Lungenembolie, V. a. Aneurysmenruptur usw.), jedoch finden sie meist nach anderen bildgebenden Tests statt.
In jedem Fall gilt die Regel, dass sowohl eine schriftliche wie bildliche Dokumentation anzufertigen ist. Der Untersuchungsaufbau hängt von der klinischen Fragestellung ab.
In der Kompetenz des Radiologen liegt es zu bestimmen, wie „routinemäßig“ eine Untersuchung ist und wie diese Untersuchung auf der Basis der klinischen Fragestellung(en) vorzunehmen ist.
Die Aufgabe der Kliniker ist es, umfassend über die relevanten klinischen Daten Auskunft zu geben.
Für den Radiologen:
Ein Untersuchungs-Anforderungsschein und eine Übersicht der verfügbaren klinischen Daten sind für den Radiologen immer erforderlich.
Wir können unsere Untersuchung auf der Grundlage dieser Fakten so aufbauen, dass wir bei Routineuntersuchungen zur Unterstützung der klinischen Diagnose ein Maximum an Information mit einem Minimum an Belastung für den Patienten erhalten.
Für Routine-Aufnahmen greifen wir normalerweise auf vorgegebene Protokolle zurück, die auf die individuellen Gegebenheiten des Patienten zugeschnitten und entsprechend optimiert werden.
In einigen Fällen kann es ausreichen, nur native Serien anzufertigen (z. B. Bewertung frischer Blutungen oder Harnleitersteine), manchmal müssen wir aber die Untersuchung mit mehr als einer Phase oder auf eine andere spezielle Art durchführen.
Nach Administration des intravenösen Kontrastmittels können wir arterielle, parenchymale, venöse und Spätphasenbilder erzeugen.
Die schnelle High-Volume-Datenerhebung ermöglicht die Erfassung ganzer Körperregionen oder sogar des gesamten Körper mit unterschiedlichen technischen Parametern und selbst zu unterschiedlichen Zeiten nach Kontrastmittelgabe. So schafft diese schnelle Datenverarbeitung die Möglichkeit, verschiedene Arten von Untersuchungen schnell hintereinander auszuführen.

Dynamisches CT: Nach der intravenösen Injektion des Kontrastmittels wird dieselbe Körperregion mehrmals gescannt, d. h. wir verfolgen den zeitlichen Ablauf der Kontrastmittelaufnahme (z. B bei fokalen Leberläsionen).
HRCT (hochauflösendes CT): visualisiert dünne Schichten mit hoher Auflösung. Die Messzeit ist länger und die Strahlenbelastung höher (z. B. Lungenparenchym-Untersuchung oder gezielte Untersuchung des Innenohrs).

Aus der großen Datenmenge können dreidimensionale Bilder (3D) erzeugt werden.
Arterielle CT-Angiographie: die Messung erfolgt hier durch Bolus-Detektion bei Injektion des intravenösen Kontrastmittels. Die Fließgeschwindigkeit ist hoch (4 – 5 ml/s). Auf der gewählten Höhe (Stelle) kann die Bolus-Detektion unter Sichtkontrolle oder automatisch erfolgen. Die Bilder der transversalen Schichten werden durch entsprechende Software-Lösungen in 3D gewonnen.
Venöse CT-Angiographie: im Vergleich zur arteriellen Angiographie sollte mehr langsamer fließendes intravenöses Kontrastmittel (1,8 – ml/s) injiziert werden. Durch die verlängerte Kontrastverstärkung ist eine automatische 3D-Darstellung nicht möglich; hier werden die verschiedenen planaren Rekonstruktionen bevorzugt.
Virtuelle Koloskopie: CT-Scan anstatt Koloskopie, mit dieser Methode können Karzinome und präkanzerogene Zustände (Polypen) diagnostiziert werden.
Virtuelle Bronchoskopie: eine nicht-invasive Untersuchung bronchialer Strukturen (Fremdkörper, Tumoren).
CT-Perfusion: mit Hilfe von Zeit-Dichte-Kurven (Perfusionskarten) ist es möglich, bei akutem ischämischen Schlaganfall die Penumbra zu bestimmen, die Menge an Hirngewebe, das gerettet werden kann.
Diese Untersuchungen erfordern aufwändigere technische und personelle Voraussetzungen, ihre Auswertung ist zeitintensiver als bei üblichen Untersuchungen.

CT kann unterstützend bei invasiven diagnostischen Maßnahmen (FNAB, Biopsien) und therapeutischen Interventionen (Drainage, RFA) genutzt werden, auch dann, wenn es mittels Ultraschall nicht möglich ist. In vielen Fällen können CT-geführte Biopsien genauer und sicherer vorgenommen werden als bei US-gestützten Verfahren.

4.6. Vorteile und Nachteile der CT-Untersuchung

Vorteile der CT-Untersuchung
CT-Aufnahmen haben eine gute lineare Auflösung und – gegenüber dem Summationseffekt bei Röntgenaufnahmen – eine ausgezeichnete räumliche Auflösung.
Im Gegensatz zu Ultraschalluntersuchungen ist bei CT-Aufnahmen die Einstellung der Schnittbilder standardisiert, sie sind gut reproduzierbar und es sind Schnittbilddarstellungen des gesamten Körpers möglich.
Die Kontrastauflösung, insbesondere bei Anwendung geeigneter kontrastverstärkender Techniken - außer bei Magnetresonanz-Tomographie - ist anderen bildgebenden Verfahren überlegen.
Auf der Grundlage der Dichtemessung (Hounsfield-Wert) können die jeweiligen Läsionen verschiedenen Geweben zugeordnet werden.
Kurze Untersuchungszeit.
Die CTA wird zur diagnostischen Angiographie genutzt.
Auf der Grundlage der 3D-Abbildungen kann in der Wiederherstellungschirurgie geplant werden.

Nachteile der CT-Untersuchung
Es kommt ionisierende Strahlung zur Anwendung, die 50- bis 100-mal stärker als bei einer konventionellen Röntgenuntersuchung ist und durch die direkte bzw. gestreute (1 – 2 Grade geringere) Strahlenbelastung verstärkt wird.
In vielen Fällen steht die Strahlendosis, der der Patient ausgesetzt wird, nicht im Zentrum der Beachtung bei den Klinikern.

4.7. Zusammenfassend stellend wir fest:

CT ist eine der effektivsten Methoden in diagnostischen Untersuchungsabläufen aufgrund der hohen diagnostischen Genauigkeit (, trotz ihrer beträchtlichen Strahlenbelastung). Ihre Auflösung kann durch Kontrastmittelanwendung noch verstärkt werden. Die Untersuchungszeit ist kurz; es ist möglich, sogar den gesamte Körper innerhalb von Sekunden zu scannen, was eine einzigartige diagnostische Möglichkeit darstellt.

Deutsche Übersetzung

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