CT-Grundlagen

Die Computertomographie ist eines der wichtigsten diagnostischen Verfahren der heutigen Zeit. Durch die schnelle und detaillierte Darstellung wird sie vor allem in der Notfalldiagnostik angewandt. Grundlage der Bildgebung ist dabei die Absorption der Röntgenstrahlung.

Sie sollten im Kapitel der Computertomographie folgende Lernziele erreichen:

• Was ist Computertomographie?
• Wie ist ein CT aufgebaut?
• Wie läuft eine Untersuchung ab?
• Welche Parameter können im Laufe einer Untersuchung beeinflusst werden?

Weiterführende Literatur zum Thema Computertomographie:

• Fachwissen MTRA: Für Ausbildung, Studium und Beruf. Hartmann, T., Kahl-Scholz, M. und Vockelmann, C.
• Wie funktioniert CT? Alkaldhi, H., Leschka, S., Stolzmann, P. und Scheffel, H.

Aufbau

Computertomographen bestehen im Wesentlichen aus der Gantry und dem Patiententisch. Die Gantry beinhaltet dabei folgende Komponenten:

• Röntgenstrahler: Funktionsweise sollte aus vorherigen Kapiteln bereits bekannt sein.
• Generator: Erzeugung von Spannungen zwischen 80-140kV. Ebenfalls wird ein stabiler und zeitlich sehr schnell anzupassender Röhrenstrom (mA-Bereich) bereitgestellt. Die sogenannte Dosismodulation (Anpassung der Spannung und Stromstärke an das zu bestrahlende Objekt) erfordert eine sehr präzise und vor allem reaktionsschnelle Funktion des Generators.
• Blendensystem: Am Fokus befinden sich Blenden zur Regulierung des Fächerstrahls. Feste Blenden sorgen für die Nichtüberschreitung der gewünschten Bestrahlungsfläche. Hinter dem Patienten, kurz vor dem Detektor, befinden sich kleine flexible Blenden, welche die gewünschte Schichtdicke erzeugen. Am Detektor selbst sind kleine Lamellen zur Absorption von Streustrahlung angebracht. Übliches Material für diese Blenden ist dabei Blei.
• Detektorsystem: Festkörperdetektoren bestehend aus keramischen oder kristallinen Materialien, welches auf einer Photodiode platziert ist. Bei Einfall von Strahlung szintilliert der Kristall und es kommt zu kleinen Lichtblitzen welche von der Photodiode detektiert werden. Die Signale werden im Folgenden verstärkt und durch das Daten-Akquistions-System weitergeleitet (eine präzisere Darstellung ist auf der unten verlinkten Website bereitgestellt).
• Patiententisch: Da eine exakte Ausrichtung des Patienten fundamental für die Computertomographie ist, kann der Tisch millimetergenau in der Höhe und Länge angepasst werden.

Einiges über Detektoren erfahren sie hier.

Ablauf einer CT-Untersuchung
Die technischen Gegebenheiten sind somit geklärt. Doch wie genau läuft nun eine computertomographische Untersuchung im klinischen Alltag ab?
Zunächst wird der Patient isometrisch auf dem Patiententisch gelagert, sodass das zu untersuchende Objekt im Zentrum des Strahlengangs liegt. Im Idealfall ist somit das Zielobjekt während der gesamten Rotation im Fokus und kann somit mit einer maximalen Ortsauflösung visualisiert werden.
Vor der eigentlichen Untersuchung wird dabei im Normalfall eine Topogramm aufgenommen (teils auch Scout oder Surview genannt). Darauf folgt die Eingrenzung des relevanten Bereichs, der Range oder auch Field-of-View (FOV).

In der Computertomographie muss zudem in unterschiedliche Untersuchungstechniken unterscheiden werden.
Die älteste und grundlegende Technik ist dabei die Sequenz-CT. Im Englischen auch als ‘Step and Shoot’ bezeichnet, wird Schicht für Schicht des Patienten aufgenommen. Zwischen jeder Aufnahme wird der Patiententisch leicht bewegt. Vorteil dieser Technik ist die schnelle Verarbeitung der recht geringen Datenmenge. Nachteil hingegen ist die lange Aufnahmezeit und das Risiko der Nichterfassung von Details im Übergangsbereich zweier Schichten, welches eine 3D-Rekonstruktion nicht möglich macht. Haupt Einsatzgebiet ist die Intervention und prospektiv getriggerte Kardio-CT.
Eine spezielle Variation der Sequenz-CT ist die sogenannte Dynamische-CT. Eine Schicht nimmt dabei kontinuierlich der gewünschten Körperabschnitt auf. Unter Einsatz von Kontrastmitteln sind Flussmessungen möglich welche z.B. bei Schlaganfällen von großer Bedeutung sind.
Die Weiterentwicklung dieser CT-Technik etablierte sich in den 90er Jahren als Spiral-CT. Die Röhre rotiert um die Patientenachse und bestrahlt kontinuierlich das zu untersuchende Objekt. Derweilen wird der Patient langsam durch den Scanner geschoben und es entsteht eine helixartige Bildaufnahme. Durch eine lückenlose Aufnahme ermöglicht sich somit eine 3D-Rekonstruktion des Körpers bzw. des Messvolumens. Ebenfalls von Vorteil ist die deutlich verbesserte Untersuchungszeit welche Teilweise auf die Länge einer Atemphase reduziert werden kann. Bewegungsartefakte (Artefakt: Bildstörungen) können somit minimiert werden.
Erweitert wird diese Technik durch die Einführung von mehreren akquirierten Schichten, der sogenannten Multislice-CT. Anfänglich konnten bis zu 4 Schichten simultan aufgenommen werden. Heutzutage gibt es bis zu 32- und 64-Zeiler. Vorteil liegt auch hier in der reduzierten Aufnahmezeit und einer deutlich verbesserten Ortsauflösung.

Parameter einer CT-Untersuchung
Durch die moderne Handhabung eines Computertomographens ergeben sich auch viele Einstellungsmöglichkeiten, welche von erheblicher Bedeutung im Bezug auf den Strahlenschutz sind (siehe Kapitel Strahlenschutz CT). Die wichtigsten Parameter sind für Sie in der folgenden Auflistung kurz erklärt:

• Röhrenstrom U [kV]: Typischerweise zwischen 80 und 140kV. Bestimmt die Durchdringungsfähigkeit der Photonen durch die Materie. Meist simultan mit dem Röhrenstrom angepasst.
• Röhrenstrom I [mA]: Ausschlaggebend für das Rauschen der Untersuchung. Oft in Kombination mit der Bestrahlungszeit als Rörenstrom-Zeit-Produkt angegeben (wichtig für Ortsauflösung)
• Bestrahlungszeit T und Rotationszeit T_rot [s]: Je kürzer die Untersuchung, desto niedriger die applizierte Dosis. Abhängig von der Fragestellung, Scanlänge und dem Pitch.
• Tischvorschub TV [mm]: Vorschub des Patiententisches pro Rotation.
• Pitchfaktor p: Überlappung der Bildaufnahme. Ist der Pitch<1, so überlappen die einzelnen Rotationen. Liegt der Pitch bei 1, so entsteht eine lückenlose Aufnahme. P>1 erzeugt Lücken aber auch eine reduzierte Dosis.
• Schichtdicke h_col [mm]: Aufgenommene Schichtdicke. Bei Multislice-CTs kann die Schichtdicke durch zusammenschalten von mehreren Schichten reduziert bzw. vergrößert werden.
• Fensterung: Eingrenzung der Grauwerte in einer Untersuchung. Der Fokus wird als Nullpunkt des Ausschnitts gewählt, alle weiteren Grauwerte liegen in der sogenannten ‘Window Width’. Die Grauwerte werden in der Hounsfield-Skala angegeben (Erklärung dieser Skala ist auf folgender Website aufgeführt Hounsfield)

 Das kurze Video im Anschluss veranschaulicht ein paar dieser Parameter.