Was ist Computertomographie (CT)?
Was ist CT?
CT steht für Computertomographie, eine bildgebende Methode, die Röntgenstrahlen verwendet, um Querschnittsbilder des Körpers zu erzeugen. Diese Bilder werden auch als Schnittbilder oder Tomogramme bezeichnet. CT kann detaillierte Informationen über die Struktur und das Gewebe von Organen, Knochen, Blutgefäßen und anderen inneren Strukturen liefern. CT wird häufig zur Diagnose und Überwachung verschiedener Erkrankungen eingesetzt, wie z.B. Tumore, Infektionen, Verletzungen, Schlaganfälle oder Blutungen. CT kann auch zur Planung von Operationen oder Strahlentherapie, zur Führung von Biopsien oder zur Beurteilung der Wirksamkeit von Therapien verwendet werden
Wie funktioniert CT?
Die Computertomographie funktioniert, indem ein schmaler Röntgenstrahl durch einen Teil des Körpers geschickt wird, während sich der Patient auf einem beweglichen Tisch befindet. Der Röntgenstrahl wird von einem Detektor auf der gegenüberliegenden Seite des Patienten aufgefangen, der die Intensität des Strahls misst. Da verschiedene Gewebearten unterschiedlich viel Strahlung absorbieren, kann der Detektor ein Bild der Dichte und Zusammensetzung des Körperabschnitts erzeugen.
Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, während sich der Tisch und der Röntgenstrahl um den Patienten drehen, um Bilder aus verschiedenen Winkeln zu erhalten. Diese Bilder werden dann von einem Computer zu einem dreidimensionalen Modell des Körperabschnitts zusammengesetzt, das auf einem Bildschirm angezeigt oder ausgedruckt werden kann.
Dtrx, CC BY-SA 3.0 DE <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en>, via Wikimedia Commons
Wie funktioniert Spiral-CT?
Die Computertomographie (CT) ist ein bildgebendes Verfahren, das auf der Basis von Röntgenstrahlen Schnittbilder des Körpers erzeugt. Dabei gibt es zwei grundlegende Arten eine CT-Untersuchung anzufertigen: Spiral-CT und sequenzielles CT. Der Unterschied liegt in der Art, wie die Rotation der Röntgenröhre und des Detektor um den Patienten und der Tischvorschub funktionieren.
Bei einem sequenziellen CT-Scan bewegt sich die Röntgenröhre um den Patienten und nimmt jeweils eine Schicht auf. Dann wird der Patiententisch weitergeschoben und die nächste Schicht wird gescannt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der gewünschte Bereich abgebildet ist. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass sie sehr langsam ist.
Bei einem Spiral-CT-Scan hingegen bewegt sich die Röntgenröhre und der Detektor kontinuierlich um den Patienten, während der Patiententisch gleichzeitig durch die Gantry (Ring) geschoben wird. Dadurch entsteht eine spiralförmige Bahn der Röntgenstrahlen, die den gesamten Bereich in einem Durchgang erfassen kann. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie schneller ist und eine geringere Strahlendosis benötigt. Außerdem können aus den Spiral-Daten auch nachträglich verschiedene Schnittbilder rekonstruiert werden.
Wie funktioniert Multislice- (Mehrschicht)-CT?
Multislice-CT (Mehrschicht-CT) ist eine moderne Form der Spiral-CT, die es ermöglicht, sehr dünne Schichten des Körpers mit sehr hoher Auflösung und Geschwindigkeit zu erfassen. Dabei wird ein Röntgenstrahl, der aus einer rotierenden Röhre stammt, durch den Körper geschickt und von einem gegenüberliegenden Detektor aufgefangen. Die Multislice-CT unterscheidet sich von herkömmlichen CT-Verfahren dadurch, dass mehrere Detektorreihen verwendet werden, die gleichzeitig mehrere Schichten erfassen können. Dies erhöht die räumliche Auflösung, verkürzt die Untersuchungszeit und erlaubt durch isotrope Voxel Bildrekonstruktionen in beliebigen Raumebenen mit hoher Qualität.
© Nevit Dilmen, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons
Bildrekonstruktion
Bei der Spiral-CT wird der Patient kontinuierlich durch einen rotierenden Röntgenstrahl gescannt, während der Tisch durch die Gantry fährt. Um aus diesen Daten ein dreidimensionales Bild zu rekonstruieren, müssen einige mathematische Verfahren angewendet werden. Dazu gehören z.B. der Faltungskern und die gefaltete Rückprojektion.
Der Faltungskern ist eine Funktion, die auf die gemessenen Röntgenwerte angewendet wird, um sie zu glätten und zu filtern. Er bestimmt, wie stark die Bildauflösung und das Bildrauschen sind. Es gibt verschiedene Arten von Faltungskernen, die je nach Anwendung ausgewählt werden können.
Die gefaltete Rückprojektion ist eine Methode, um aus den gefilterten Röntgenwerten ein zweidimensionales Schnittbild zu erzeugen. Dabei werden die Werte entlang jeder Projektionslinie auf eine Ebene projiziert und addiert. Da die Projektionslinien in einer Spirale verlaufen, muss eine Interpolation durchgeführt werden, um die Werte auf eine Ebene zu bringen.
Hounsfield-Skala und Fensterung
Die Hounsfield-Skala ist eine Maßeinheit für die Dichte von Geweben, die in der Computertomographie (CT) verwendet wird. Sie ist nach dem britischen Ingenieur Godfrey Hounsfield benannt, der 1979 den Nobelpreis für Medizin für die Entwicklung des ersten CT-Scanners erhielt. Die Hounsfield-Skala misst die Dichte von Geweben in Hounsfield-Einheiten (HU), die sich aus dem Verhältnis der Röntgenabschwächung des Gewebes zu der von Wasser ergeben. Wasser hat einen Wert von 0 HU, Luft hat einen Wert von -1000 HU und Knochen haben positive Werte von mehreren hundert bis über tausend HU.
Die Fensterung ist eine Technik, die es ermöglicht, die Kontraste und Helligkeiten von CT-Bildern anzupassen, um bestimmte Gewebearten besser sichtbar zu machen. Die Fensterung basiert auf der Auswahl eines bestimmten Bereichs der Hounsfield-Skala, der als Fenster bezeichnet wird, und der Zuordnung dieses Bereichs zu den Graustufen des Bildschirms.
Das Fenster hat zwei Parameter: das Fensterzentrum (WC), das den mittleren Wert des gewählten Bereichs angibt, und die Fensterbreite (WW), die die Spanne des gewählten Bereichs angibt. Je schmaler das Fenster ist, desto höher ist der Kontrast zwischen den verschiedenen Geweben. Je höher das Fensterzentrum ist, desto heller ist das Bild.
Die Wahl des geeigneten Fensters hängt von der Art des Gewebes ab, das man untersuchen möchte. Zum Beispiel verwendet man ein schmales und mittleres Fenster für die Darstellung von Weichteilen wie Gehirn oder Leber (Weichteilfenster), und ein breites und hohes Fenster für die Darstellung von Knochen oder Metallimplantaten (Knochenfenster) und ein breites und niedriges Fenster zur Darstellung der Lunge (Lungenfenster).