Schema zur Erstellung von Computertomogrammen

Ein schmaler Röntgenstrahl tastet den menschlichen Körper kreisförmig ab. Beim Durchdringen des Gewebes wird die Strahlung entsprechend der Dichte und der atomaren Zusammensetzung des Gewebes abgeschwächt. Auf der anderen Seite des Patienten ist ein kreisförmiges System von Röntgensensoren installiert, von denen jeder (es können mehrere Tausend sein) die Strahlungsenergie in elektrische Signale umwandelt. Nach der Verstärkung werden diese Signale in einen digitalen Code umgewandelt, der an den Computerspeicher gesendet wird. Die aufgezeichneten Signale spiegeln den Grad der Schwächung des Röntgenstrahls (und damit den Grad der Strahlungsabsorption) in einer beliebigen Richtung wider.

Der Röntgenstrahler rotiert um den Patienten und „betrachtet“ dessen Körper aus verschiedenen Winkeln, insgesamt 360°. Am Ende der Strahlerrotation werden alle Signale aller Sensoren im Computerspeicher aufgezeichnet. Die Rotationsdauer des Strahlers ist bei modernen Tomographen sehr kurz, nur 1–3 Sekunden, was die Untersuchung bewegter Objekte ermöglicht.

Bei Verwendung von Standardprogrammen rekonstruiert der Computer die innere Struktur des Objekts. Als Ergebnis erhält man ein Bild einer dünnen Schicht des untersuchten Organs, üblicherweise in der Größenordnung von mehreren Millimetern, das auf dem Monitor angezeigt wird und das der Arzt aufgabenbezogen verarbeitet: Er kann das Bild skalieren (vergrößern und verkleinern), interessante Bereiche (Interessenszonen) hervorheben, die Größe des Organs sowie die Anzahl oder Art pathologischer Formationen bestimmen.

Dabei wird die Gewebedichte in einzelnen Bereichen bestimmt, die in konventionellen Einheiten – Hounsfield-Einheiten (HU) – gemessen wird. Die Dichte von Wasser wird mit Null angenommen. Die Knochendichte beträgt +1000 HU, die von Luft –1000 HU. Alle anderen Gewebe des menschlichen Körpers nehmen eine Zwischenposition ein (üblicherweise von 0 bis 200–300 HU). Natürlich kann ein solcher Dichtebereich weder auf einem Display noch auf einem fotografischen Film dargestellt werden, daher wählt der Arzt einen begrenzten Bereich auf der Hounsfield-Skala – ein „Fenster“, dessen Abmessungen üblicherweise mehrere Dutzend Hounsfield-Einheiten nicht überschreiten. Die Parameter des Fensters (Breite und Position auf der gesamten Hounsfield-Skala) werden auf Computertomogrammen immer angegeben. Nach dieser Verarbeitung wird das Bild im Langzeitspeicher des Computers abgelegt oder auf ein festes Medium – einen fotografischen Film – übertragen. Hinzu kommt, dass die Computertomographie nur geringfügige Dichteunterschiede von etwa 0,4–0,5 % aufdeckt, während mit konventionellen Röntgenaufnahmen lediglich ein Dichtegradient von 15–20 % dargestellt werden kann.

Normalerweise beschränkt sich die Computertomographie nicht auf die Aufnahme einer einzigen Schicht. Zur sicheren Erkennung der Läsion werden mehrere Schichten benötigt, in der Regel 5–10, die in einem Abstand von 5–10 mm voneinander durchgeführt werden. Zur Orientierung an der Lage der isolierten Schichten im menschlichen Körper wird auf demselben Gerät – einem Röntgentopographen – ein digitales Übersichtsbild des untersuchten Bereichs erstellt, auf dem die bei der weiteren Untersuchung isolierten Tomographieebenen angezeigt werden.

Derzeit werden Computertomographen entwickelt, bei denen anstelle eines Röntgenstrahlers Vakuum-Elektronenkanonen als Quelle für durchdringende Strahlung verwendet werden, die einen Strahl schneller Elektronen emittieren. Der Anwendungsbereich solcher Elektronenstrahl-Computertomographen beschränkt sich derzeit hauptsächlich auf die Kardiologie.

In den letzten Jahren hat sich die sogenannte Spiraltomographie rasant entwickelt. Dabei bewegt sich der Sender spiralförmig relativ zum Körper des Patienten und erfasst so in kurzer Zeit, gemessen in wenigen Sekunden, ein bestimmtes Körpervolumen, das anschließend durch einzelne Schichten dargestellt werden kann. Die Spiraltomographie war der Beginn neuer, äußerst vielversprechender Visualisierungsmethoden – der Computerangiographie, der dreidimensionalen (volumetrischen) Abbildung von Organen und schließlich der sogenannten virtuellen Endoskopie, die zum Höhepunkt der modernen medizinischen Visualisierung geworden ist.

Für die CT von Kopf, Hals, Brust und Extremitäten ist keine spezielle Vorbereitung des Patienten erforderlich. Bei der Untersuchung von Aorta, unterer Hohlvene, Leber, Milz und Nieren wird dem Patienten empfohlen, sich auf ein leichtes Frühstück zu beschränken. Zur Untersuchung der Gallenblase sollte der Patient nüchtern erscheinen. Vor der CT von Pankreas und Leber müssen Maßnahmen zur Reduzierung von Blähungen ergriffen werden. Zur genaueren Differenzierung von Magen und Darm bei der CT der Bauchhöhle werden diese vor der Untersuchung durch fraktionierte orale Verabreichung von ca. 500 ml einer 2,5%igen Lösung eines wasserlöslichen Jodkontrastmittels kontrastiert.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass, wenn der Patient am Tag vor der CT-Untersuchung eine Röntgenuntersuchung des Magens oder Darms hatte, das darin angesammelte Barium Artefakte auf dem Bild verursacht. In diesem Zusammenhang sollte eine CT erst verordnet werden, wenn der Verdauungstrakt vollständig von diesem Kontrastmittel entleert ist.

Eine zusätzliche Methode zur Durchführung einer CT wurde entwickelt – die verstärkte CT. Dabei wird eine Tomographie nach intravenöser Verabreichung eines wasserlöslichen Kontrastmittels an den Patienten durchgeführt. Diese Technik erhöht die Absorption von Röntgenstrahlung aufgrund des Auftretens einer Kontrastlösung im Gefäßsystem und Parenchym des Organs. In diesem Fall erhöht sich einerseits der Bildkontrast, andererseits werden stark vaskularisierte Formationen wie Gefäßtumoren und Metastasen einiger Tumoren hervorgehoben. Vor dem Hintergrund eines verstärkten Schattenbildes des Organparenchyms lassen sich natürlich niedrigvaskularisierte oder vollständig avaskularisierte Zonen (Zysten, Tumoren) besser identifizieren.

Einige Modelle von Computertomographen sind mit Herzsynchronisierern ausgestattet. Sie schalten den Sender zu genau festgelegten Zeitpunkten und – in Systole und Diastole – ein. Die als Ergebnis einer solchen Studie erhaltenen Querschnitte des Herzens ermöglichen eine visuelle Beurteilung des Herzzustands in Systole und Diastole, die Berechnung des Volumens der Herzkammern und der Auswurffraktion sowie die Analyse der Indikatoren der allgemeinen und regionalen kontraktilen Funktion des Myokards.

Die Bedeutung der CT beschränkt sich nicht nur auf die Diagnose von Krankheiten. Unter CT-Kontrolle werden Punktionen und gezielte Biopsien verschiedener Organe und pathologischer Herde durchgeführt. Die CT spielt eine wichtige Rolle bei der Überwachung der Wirksamkeit konservativer und chirurgischer Behandlungen. Schließlich ist die CT eine präzise Methode zur Bestimmung der Lokalisation von Tumorläsionen, die bei der Strahlentherapie bösartiger Neubildungen dazu dient, die Quelle radioaktiver Strahlung gezielt auf die Läsion zu richten.

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