Diagnostische und bildgebende Verfahren in der klinischen Medizin

Computertomographie

Die Computertomographie (CT) ist eine weiterentwickelte Form der Röntgentomographie, d.h. es handelt sich um eine Form der Schichtbildgebung bzw. Schnittbildgebung.

Technisch handelt es sich damit um eine Röntgenaufnahme, die mit Strahlenexposition einhergeht, während die Magnetresonanztomographie (MRT), die ebenfalls eine Form der Schnittbildgebung darstellt, ohne radioaktive Strahlung funktioniert.

CT, MRT und B-Bild-Sonographie stellen die drei in der modernen Medizin über alle Fachgebiete hinaus relevanten Schnittbildgebungsverfahren dar.

Die im folgenden gemachten Aussagen zu Indikationen bezieht sich weitestgehend auf Deutschland und gelten im Wesentlichen für Erwachsene. Computertomographien bei Kindern und Jugendlichen sowie schwangeren Frauen stellen eine Besonderheit dar.

Ein in der CT erzeugter Bilddatensatz wird als Computertomogramm bezeichnet. Alternative Bezeichnungen für das Verfahren (nicht aber den damit gewonnenen Datensatz) lauten Schichtröntgen, CT-Scan oder CAT-Scan (von computer-assisted tomography oder computed axial tomography). Letztere beide sind vor allem im englischsprachigen Raum gebräuchlich.

Vorteile, Nachteile

Wegen ihrer breiten Verfügbarkeit ist die CT in vielen Fragestellungen Diagnostikum der Wahl. Ihr klarer Vorteil liegt in der sehr schnellen Durchführung der Untersuchung, was sie zur bevorzugten und im Wesentlichen einzigen Bildgebungsmaßnahme bei schwer verletzten Patienten macht. Eine MRT würde zu lange dauern und Röntgenapparate haben oft nicht die notwendigen Geräteanbauten, um schwer verletzte Patienten zu untersuchen. Wenngleich die MRT zunehmend schneller durchzuführen ist und heute auch schon in modernen Geräten mit kurzen Untersuchungszeiten gearbeitet werden kann, ist sie dennoch ungeeignet: Bewusstlose Patienten können nicht nach Implantaten oder gar Herzschmittmachern befragt werden. Eine MRT-Untersuchung bei einem Patienten mit nicht-MRT-tauglichen Herzschrittmacher kann lebensgefährlich sein.

Für die Durchführung einer CT gibt es nur wenige Kontraindikation.

Dennoch ist sie nicht ohne Nachteil: Die schnelle Durchführung der Untersuchung wird mit einer für den Patienten signifikanten Strahlenexposition "erkauft". Zudem können diffizilere Veränderungen nicht gut dargestellt werden.

Zu den größten Nachteilen zählen Strahlenexposition und die ggf. geringere Auflösung. Die Weiterentwicklung der Geräte verbessert zwar ihre Auflösung, verringert aber die Strahlenexposition damit nicht im relevanten Ausmaß.

Grenzen und Möglichkeiten

Die Aussagekraft eines Computertomogrammes hängt zunächst einmal dem Grunde nach von seiner korrekten Befundung ab. Das Befunden von Computertomogrammen benötigt Erfahrung, wobei die benötigte Erfahrung abhängig von der Art der Aufnahme ist.

So ist beispielsweise eine native Schädel-CT-Aufnahme einfacher zu befunden als eine Kontrasmittel-Aufnahme des Herzens.

Wegen der Schichtbilddarstellung und der Möglichkeit zur Verwendung von Kontrastmittel ist die Aussagekraft eines Computertomogramms grundsätzlich sehr hoch.

Erhebliche Probleme bereiten jedoch Stoffe, welche Röntgenstrahlung ablenken oder zu stark absorbieren. Metallene Implantate und Implantate aus bestimmten Kunststoffen können z.T. den gesamten Bilddatensatz mit Artefakten überschwemmen und unbrauchbar machen.

Zudem ist im Zuge der Auswertung die Grenze der Auflösung der CT zu berücksichtigen. So sollten beispielsweise nur tiefer sitzende Lymphknoten in einem Computertomogramm beurteilt werden, da oberflächlich gelegene sonographisch beurteilt werden können.

Sehr kleine Strukturen sind insgesamt grundsätzlich schwer oder gar nicht adäquat in der CT zu beurteilen. Zudem sind Weichgewebe eher schlecht differenziert darstellbar. Für letzteres eignet sich die MRT oder die Sonographie.

Typische Indikationen

Traumatologie (Blutungen, Frakturen)

Pulmologie (Veränderungen des Lungenparenchyms)

OP-Planung (viele Fachgebiete)

Prinzip

Bei der Röntgenuntersuchung wird das abzubildende Objekt von einer Quelle, die Röntgenstrahlung abgibt, angestrahlt und die nicht resorbierte Strahlung auf einem Röntgenfilm abgebildet (konventionelle Radiographie). Somit entsteht eine zweidimensionale Abbildung eines dreidimensionalen Körpers, sodass hintereinander liegende Bildbestandteile sich überlagern.

Das hat den Nachteil, dass grundsätzlich für im Röntgenbild auftretende Verschattungen (hellere Bildbereiche) nicht ohne weiteres bestimmt werden kann, ob diese durch höhere Absorption oder eine größere Schichtdicke hervorgerufen wird.

In der CT wird das zu untersuchende Objekt hingegen aus vielen Richtungen bestrahlt. Die Strahlung wird jedoch nicht einfach von einem Röntgenfilm bzw. digitalen Bilddetektor aufgenommen und entwickelt. Vielmehr werden aus mehreren Richtungen Strahlen aufgenommen und mit Hilfe dieser ein eindimensionales Absorptionsprofil erstellt.

Für eine CT ist daher immer ein Computersystem erforderlich, das über spezielle Detektoren die nicht resorbierte Strahlung aufnimmt und mit Hilfe eines Algorithmus ein Absorptionsprofil erstellt und dieses verarbeitet. Aus diesen eindimensionalen Profilen wird dann ein dreidimensionales Bild, bestehend aus mehreren hundert bis tausend Schichten, errechnet. Die kleinste Bildeinheit der CT ist der Voxel, ein dreidimensionaler Pixel, der durch seine Position im Raum und seine Farbwerte eindeutig definiert ist.

Das errechnete Bild stellt einen Transversalschnitt durch das zu untersuchende Objekt dar. Durch mehrere Umläufe der Röhre lassen sich weitere Schnitte errechnen. Wegen der technischen Eigenschaften der Erfassung und Generierung der Bilder werden Computertomogramme auch als Volumengrafiken bezeichnet.

Da die fertigen Bilddaten aus Schichten bestehen, muss immer berücksichtigt werden, dass kleinere Veränderungen, die zwischen diesen Schichten liege, nicht erfasst werden. Die Anzahl der Schichten, die ein Gerät erstellen kann, nimmt immer mehr zu, dennoch stellt eine Computertomographie keine lückenlose Aufnahme dar.

Im Laufe der Zeit wurde die Computertomographie um zwei wesentliche Aspekte erweitert: die Kontrastmittel-CT und die 3D-Rekonstruktion.

Bei der 3D-Rekonstruktion wird mit Hilfe der Schichtbilder ein 3D-Bild errechnet. Es handelt sich also genau genommen nicht um eine Rekonstruktion, sondern eine weitere algorithmische Erstellung eines neuen Bilddatensatzes.

Da zwischen den einzelnen Schichten Bilddaten fehlen, müssen in der 3D-Rekonstruktion diese Daten extrapoliert werden. Das entstehende 3D-Bild ist daher artifiziell und noch unvollständiger als der Originaldatensatz.

3D-Rekonstruktionen im CT sind daher eher zur Veranschaulichung sowie zur topographischen Operationsplanung gedacht, jedoch niemals zur radiologischen Diagnose. Diese wird immer an Hand der Schichtbilder vorgenommen.

Neben der Weiterentwicklung des Umgangs mit den Datensätzen haben sich basierend auf der CT auch spezielle Verfahren entwickelt, beispielsweise die digitale Volumentopographie (DVT). Bei dieser werden zur Erzeugung dreidimensionaler Strukturen zweidimensionale Bilder verwendet, während die CT "eindimensionale" Datensätze verwendet.

Dieser Unterschied relativiert sich jedoch zunehmend, da moderne CT-Geräte auch zwei Zeilen auslesen (Zwei Zeilen-Scanner) und damit letztlich ebenso auf zweidimensionale Daten zugreifen.

Die DVT kommt praktisch ausschließlich in der Zahnheilkunde und in seltenen Fällen auch in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde zum Einsatz.

Intravenös verabreichtes Kontrastmittel macht die arteriellen Gefäße sichtbar (CT-Angiographie) und erlaubt so eine Aussage über den Gefäßstatus. Es dient ebenfalls der weiterführenden Beurteilung von Raumforderungen unklarer Genese, da Tumore, die einen Anschluss ans Gefäßsystem haben klinisch anders zu bewerten sind also solche, die keinerlei Kontrastmittelverhalten zeigen.

Im Bereich der Leber können zudem die verschiedenen Phasen des Gefäßdurchflusses explizit beurteilt werden, was von hohem diagnostischen Wert ist.

Die Abschwächung der emittierten Röntgenstrahlung wird vom Gerät erfasst. Diese Schwächungsmaße werden dann in Zahlen umgerechnet, die mit Hilfe der Hounsfield-Skala ausgedrückt werden.

Luft hat definitionsgemäß den Wert -1000 und Wasser den Wert 0. Den Zahlen kann dann ein Grauwert zugeordnet werden.

Gewebe, die im Vergleich einen niedrigeren Grad an Absorption aufweisen, werden hypodens genannt, solche, die einen höheren aufweisen als hyperdens. Bildpunkte in Geweben mit gleicher Strahlenabsorption werden als isodens bezeichnet.

Beteiligte Strukturen

In der CT lassen sich prinzipiell fast alle Strukturen darstellen, allerdings lassen sich nicht alle gleich gut beurteilen.

Grundsätzlich werden im CT das Knochenfenster und das Weichteilfenster unterschieden. Ihr Name gibt bereits den Hinweis darauf, was sie jeweils gut darstellen und beurteilbar machen.

Im Knochenfenster sind vor allem knöcherne Strukturen...