Frage 1
Woraus besteht ein CT-Gerät?
Antwort
Ein CT-Komplettsystem besteht aus:
- Gantry und Patiententisch
- Bedienkonsole und Nebenkonsole
- Recheneinheit
Im Jahr 1971 wurde die erste CT-Untersuchung eines Menschen aufgenommen (Schädel-CT Untersuchung einer Patientin mit einer Hirnzyste). Damit gilt das Jahr 1971 als Geburtsstunde der Computertomographie.
Frage 2
Was sind Bestandteile der CT-Gantry?
Die CT-Gantry besteht aus:
- Röntgenröhre (Drehanode) mit Blendensystem
- Detektoreinheit
- Rotierender Hochspannungsgenerator
- Kühlsystem
Die Bestandteile der Gantry wiegen zusammen ca. 1 Tonne. Die Beschleunigung bei Rotationszeiten von 0,5 Sekunden entspricht 9 g (= Beschleunigung eines Düsenjets).
Frage 3
Welcher Generation entsprechen die heutzutage verwendeten CT-Geräte?
Die modernen CT-Geräte entsprechen der 3. Generation.
Die Entwicklung in der Computertomographie war insbesondere zu Beginn rasant und die Unterschiede in der Bauart der CT-Geräte fundamental, sodass verschiedene Gerätegenerationen unterschieden werden.
Bei Geräten der 1. Generation (1970) sandte die Röntgenröhre einen Nadelstrahl aus, welcher einem Detektor zugeordnet war. Hatten Röntgenröhre und Detektor eine Schicht abgetastet, drehten sie sich um 1° weiter und tasteten erneut das Untersuchungsobjekt ab. In 5 Minuten konnten somit 180 Projektionen aufgenommen werden.
Geräte der 2. Generation (1972) wandten das gleiche Prinzip an, nur dass die Röntgenröhre einen partiellen Fächerstrahl (der allerdings nicht das ganze Untersuchungsobjekt im Gesamten erfassen konnte) aussandte. Dadurch verkürzten sich die Aufnahmezeiten bereits deutlich. Überwiegend wurden Schädel-CT-Untersuchungen mit Geräten der 1. und 2. Generation aufgenommen.
Geräte der 3. Generation (1976) zeichneten sich dadurch aus, dass der Fächerstrahl aus der Röntgenröhre die gesamten Patient*innen erfassen konnten. Der Detektorbogen ist gegenüber der Röntgenröhre positioniert sind rotiert als Einheit um die Patient*innen.
Geräte der 4. Generation (1978) setzten sich nicht durch. Hierbei rotiert die Röntgenröhre auch um die Patient*innen, allerdings ist der Detektor starr und besteht aus einem 360° Detektorring. Dies erfordert um bis zu 5-fach mehr Detektorelemente als die 3. Generation und ist damit sehr kostenintensiv.
Frage 4
Woraus bestehen die heutzutage verwendeten Detektorsysteme in der Computertomographie?
Die heutzutage verwendeten Detektorsystem in der Computertomographie bestehen aus Festkörper-Detektormodulen.
Frage 5
Erkläre das Funktionsprinzip der Festkörper-Detektortechnologie.
Die Festkörper-Detektorelemente bestehen aus keramischem oder kristallinem Material (z.B. Cadmium-Wolframat oder Cäsium-Iodid), das auf einer Photodiode sitzt. Röntgenstrahlen werden von dem Detektorelement aufgenommen und in sichtbares Licht umgewandelt. Die Photodiode nimmt die Lichtblitze auf und wandelt diese wiederum in elektrische Signale um.
Die elektrischen Signale werden von den Daten-Akquisitions-Systemen, welche sich hinter den Detektorelementen befinden, erfasst und an den Rechner weitergeleitet, wo die Bilderzeugung und Rekonstruktion stattfinden.
Erläuterung
Die Keramikdetektoren haben den Vorteil, dass sie eine hohe Quanteneffizienz (hohe Absorption der einfallenden Röntgenstrahlen) besitzen. Gleichzeitig klingt das Signal direkt ab - ohne wesentliches Nachleuten nach der Ionisation.
Vor der Einführung von Festkörper-Detektorelementen hatte man überwiegend Gasdetektoren (Hochdruckionisationskammern, welche mit Xenongas gefüllt waren) verwendet. Die technische Anfertigung von mehrzeiligen Gasdetektoren mit mehreren Ionisationskammern war jedoch nicht möglich, sodass Festkörper-Detektoren in den eingeführten Mehrzeilen-CT-Systeme verbaut wurden.
In einzelnen Universitätskliniken kommen bereits Photon-Counting CT-Geräte mit photonenzählenden Detektoren zum Einsatz. Diese weiter entwickelten Detektoren (aus Cadmiumtellurid) sind in der Lage, Röntgenstrahlen direkt in elektrische Signalimpulse umzuwandeln. Dabei kann der Direktkonverter nicht nur die Anzahl der absorbierten Photonen erfassen, sondern auch deren Energie. Ein CT-Bild kann somit in verschiedene Materialien aufgeschlüsselt werden (Materialdekomposition). Gegenüber den herkömmlichen, indirekt konvertierenden Detektoren besitzen diese speziellen Detektoren eine noch höhere Ortsauflösung und ermöglichen eine deutliche Ersparnis der Strahlendosis.
Frage 6
Beschreibe das Funktionsprinzip der Computertomographie.
Bei der Computertomographie umkreist die Röntgenröhre den Patienten und sendet ein dünnes Röntgenstrahlbündel aus, welches von den gegenüberliegenden Detektorreihen aufgenommen wird. Dabei werden die Körperorgane in jeder Schicht aus nahezu tausend Projektionen aufgenommen und die aufsummierten Messwerte (Absorptionsprofile) von einem Computer weiterverarbeitet. Die Messdaten werden in Grauwerte umgesetzt, sodass überlagerungsfreie Querschnittsbilder der untersuchten Körperregion entstehen.
Das Wort Computertomographie setzt sich zusammen aus „Computer“ (computergestützte Technik) und „Tomographie“, griechisch tomos = schneiden und graphos = zeichnen.
https://www.youtube.com/watch?v=5eqwU4tL_2s
Frage 7
Beschreibe das Funktionsprinzip der sequenziellen CT-Technik.
Bei der sequenziellen Technik kreisen Röhre und Detektor mit einer bestimmten Schichtdicke um die Patient*innen und nehmen axiale Aufnahmen auf. Anschließend wird der Tisch um eine Schichtdicke weiterbewegt und es werden wieder axiale Aufnahmen angefertigt („step and shoot“).
Die sequenzielle Technik stellte die primär entwickelte Technik dar.
Vorteile sind eine geringe zu rekonstruierende Datenmenge sowie die reduzierte Strahlendosis (im Vergleich zur Spiral-CT).
Nachteile sind die lange Untersuchungszeit sowie das Risiko der Nichterfassung von Details zwischen zwei Schichten. Eine dreidimensionale Darstellung ist nicht möglich.
Anwendung findet die sequenzielle CT-Technik noch bei CT-gesteuerten Interventionen und prospektiv getriggerten Kardio-CTs.
Frage 8
Beschreibe das Funktionsprinzip der Spiral-CT-Technik.
Bei der Spiral-CT-Technik wird die Patientin kontinuierlich durch die Gantry vorgeschoben, während Röhre und Detektor um die Patientin rotieren. Dies ermöglicht die lückenlose Erfassung des Untersuchungsbereichs und sekundäre 3D Rekonstruktionen.
Die Spiral-CT-Technik ist die heutzutage am meisten angewandte Technik. Der maßgebliche Vorteil ist die Schnelligkeit der Spiral-Technik im Vergleich zur sequentiellen Technik und die damit einhergehende Reduzierung der Bewegungsartefakte (z.B. durch die Atmung).
Frage 9
Was sind die Vorteile der Mehrzeilen-Detektor-Spiral-CT (MDCT) versus der Einzeilen-Detektor-Spiral-CT?
Die Anwendung von mehr Zeilen bedeutet gleichzeitig auch die Aufnahme von mehr Schichten zu einem Zeitpunkt.
Die entscheidenden Vorteile der Mehrzeilen-CT liegen in der schnelleren Datenerfassung, verbesserten Kontrastmittel-Anwendung, höheren Ortsauflösung und verbesserten Bildnachbearbeitung.
Bei dem Einzeilendetektor ist das Detektorelement in einer Zeile angeordnet, bei Mehrzeilendetektoren analog in mehreren Zeilen. Durch die Erweiterung der Detektorbreite von 2 bis auf aktuell maximal 320 Zeilen lässt sich eine deutlich zunehmende Abdeckung der Untersuchungsregion in z-Achse ermöglichen. Ein 320 Multizeilen-CT System besitzt demnach mit einer Schichtdicke von 0,5 mm eine z-Abdeckung von 16 cm (320 x 0,5 mm). Die Datensätze erhalten isotrope Voxel und ermöglichen multiplanare Reformationen in beliebigen Bildebenen ohne Verlust an Detailauflösung.
Frage 10
Beschreibe das Funktionsprinzip der Dual-Energy-CT.
Bei der Dual-Energy-CT werden zwei CT-Bilddatensätze mit unterschiedlicher Photonenenergie (z.B. 80 kVp und 140 kVp) akquiriert. Da die Schwächung von Röntgenstrahlen im Gewebe materialspezifisch und energieabhängig ist, ermöglicht die Technik die gezielte Identifizierung von Materialien und Charakterisierung von Gewebe. Dabei werden neben den konventionellen CT-Bilder weitere Bildrekonstruktionen ermöglicht (u.a. virtuell monoenergetische Rekonstruktionen, virtuelle native Bilder, Jodkarte).
Die Umsetzung der Dual-Energy-Technik wird von den großen Herstellern unterschiedlich umgesetzt:
Es gibt Lösungen, bei denen zwei Röntgenröhren in 90 Grad Stellung mit unterschiedlichen Spannungen verwendet werden (Dual-Source-CT).
Mit Hilfe spezieller Detektoren (Dual-Layer oder Multi-Layer Detektoren) kann zwischen hohen und niedrigen Spannungen differenziert werden.
Eine weitere Lösung besteht darin, hintereinander denselben Abschnitt mit derselben Röhre aufzunehmen, jedoch mit unterschiedlichen Röhrenspannungen.
Eine Lösung besteht darin in Millisekunden zwischen zwei Röhrenspannungen zu wechseln, während die Röntgenröhre rotiert (rapid kV switching).
Eine Weiterentwicklung der Dual-Energy-CT bildet das Photon-Counting CT. Die Detektoren der Photon-Counting CT-Geräte wandeln Röntgenstrahlen direkt in elektrische Signalimpulse um und können somit die Anzahl der absorbierten Photonen und ihre unterschiedlichen Energien erfassen.
Frage 11
Was sind typische Einsetzungsmöglichkeiten der Dual-Energy-CT?
Typische Einsetzungsmöglichkeiten der Dual-Energy-CT sind:
- Verbesserter Jodkontrast in kontrastverstärkten Untersuchungen in virtuell monoenergetischen Rekonstruktionen (bei niedriger kV)
- Reduzierung von Artefakten in Gegenwart von Fremdmaterial (z.B. Osteosynthesen) in virtuell monoenergetischen Rekonstruktionen (bei hoher kV)
- Errechnung von virtuell nativen Bildern durch Subtraktion von Jod aus kontrastverstärkten Untersuchungen
- Erstellung von Jodkarten zur Quantifizierung der Jodkonzentration in Geweben (z.B. in der onkologischen Bildgebung)
- Quantifizierung bestimmter Materialien, wie z.B. Urat
- Erstellung von Calcium-supprimierten Bildern in der muskuloskeletalen Bildgebung (z.B. zur besseren Visualisierung von Knochenmarködemen in der Diagnostik von Frakturen und Metastasen).
Klassische Anwendung der Dual-Source Technik in der Neuroradiologie ist die Erstellung einer virtuell nativen Rekonstruktion der Schädel-CT nach mechanischer Thrombektomie (bzw. vormaliger Kontrastmittelgabe). Mit Hilfe der virtuellen nativen Rekonstruktion kann zwischen einer Einblutung in den Infarkt und einer Schrankenstörung des Infarkts (= Jodaufnahme) sicher differenziert werden.
Frage 12
Nenne das primäre Verfahren, welches für die Bildrekonstruktion in der CT verwendet wird.
Das primäre Verfahren zur Bildrekonstruktion ist die gefilterte Rückprojektion.
Die gefilterte Rückprojektion ist das primäre Verfahren zur Bildrekonstruktion in der CT.
Die Bildrekonstruktion in der Computertomographie ist der Prozess der Transformation von Messdaten in aussagekräftige Bilder eines Objektes. Dabei werden mathematische Methoden wie die gefilterte Rückprojektion verwendet:
Das Untersuchungsobjekt wird mit einer punktförmigen Röntgenquelle durchstrahlt und der gegenüberliegende Detektor empfängt eine Projektion des Objektes. Wenn man die Röntgenquelle und den Detektor dann weiterdreht, erhält man für jede Projektionsrichtung ein Profil. Dieses Profil muss dann gefiltert und rückprojiziert werden, um ein 2D Bild zu erstellen, dass dem Originalobjekt adäquat entspricht.
Die gefilterte Rückprojektion basiert auf den mathematischen Berechnungen der Radontransformation von 1917.
Die gefilterte Rückprojektion und die Fourier Transformation (welche in der MRT Anwendung findet) gehören beide zu den analytischen (mathematischen) Verfahren der Bildrekonstruktion.
Frage 13
Welches neue Verfahren zur Bildrekonstruktion in der CT kennst Du?
Ein neues Verfahren zur Bildrekonstruktion ist die iterative Rekonstruktion.
Die iterative Rekonstruktion ist eine neue Form der Bildrekonstruktion, deren wesentlicher Unterschied gegenüber den analytischen Verfahren in der Art der Verarbeitung der Messdaten liegt. Dabei werden in iterativen (= wiederholten) Schleifen die (3D) Rohdaten mit dem erstellten (2D) Schnittbild verglichen und ein Korrekturalgorithmus angepasst. Die korrigierten Bilder werden erneut mit den Rohdaten verglichen und weiter verbessert, so dass man durch die mehrfache Wiederholung geometrische Abweichungen und andere Artefakte auf der Ebene der Rohdaten korrigiert und sich dem „wahren Bild“ annähert.
Frage 14
Nenne Vor- und Nachteile der iterativen Rekonstruktion gegenüber der gefilterten Rückprojektion.
Die Vorteile der iterativen Rekonstruktion gegenüber der gefilterten Rückprojektion sind:
- Deutliche Reduktion des Bildrauschen
- Erhöhung des Bildkontrastes in Niedrigkontraststrukturen
- Deutliche Reduktion von Artefakten
- Deutliche Reduktion der Strahlenexposition
Der Nachteil ist die deutlich erhöhte Rechenleistung bei Verwendung iterativer Rekonstruktionen.
Frage 15
Was bezeichnet man als Kollimation?
Die Kollimation entspricht der Einblendung des Röntgenstrahls und damit der Dicke der untersuchten Schicht. Die Kollimation erfolgt technisch durch das Blendensystem.
Je kleiner die Kollimatoröffnung, desto höher ist die Ortsauflösung.
Frage 16
Was bezeichnet man als Interpolation?
Bei der Spiral-CT wird zur Bildrekonstruktion der Rohdaten das Interpolationsverfahren verwendet. Durch den kontinuierlichen Tischvorschub bedingt werden unterschiedliche Daten durch die erste und die letzte Projektion der 360° Drehung gemessen. Zur Behebung dieser Artefakte dient die Interpolation, bei der ein kompletter 360° Satz an Projektionen in einer Ebene in der gewünschten Tischposition (z-Ebene) errechnet wird.
Am einfachsten ist die lineare Rohdateninterpolation. Dabei werden für jeden Projektionswinkel die Projektionsdaten beider Detektoren genutzt, die der gewählten Schicht am nächsten liegen. Die 360° Interpolation nutzt reale Projektionen und braucht demnach zwei 360° Umläufe (mit entsprechender Strahlenexposition).
Bei der 180° Interpolation wird die Hälfte der realen Projektionen verwendet und die andere Hälfte virtuell errechnet. Damit wird nur ein 360° Umlauf gebraucht um die Daten zu interpolieren.
Frage 17
Was ist der Pitch?
Der Pitch oder Pitchfaktor beschreibt das Verhältnis von Tischvorschub pro Rotation zur Gesamtkollimation (Anzahl Detektorzeilen x Schichtkollimation).
Üblich sind Werte zwischen 0,5 und 2.
Der Pitch beeinflusst die Strahlenexposition der Patient*innen und die Bildauflösung (bei gleicher Röhrenspannung und Röhrenstrom). Ein Pitch < 1 ermöglicht hochauflösende Aufnahmen. Ein Pitch > 2 bedeutet eine lückenhafte Abtastung des Untersuchungsgebiets und ist daher in der Regel nicht am Gerät einstellbar.
Frage 18
Welcher Effekt führt insbesondere bei kleinen Untersuchungsvolumina (Neurokranium, Felsenbein) im Spiral-CT zu einer Erhöhung der Strahlendosis?
Overranging führt zu einer erhöhten Strahlenexposition im Spiral-CT. Je breiter die Detektoranordnung und je kürzer die Scanstrecke, desto größer ist der Effekt des Overrangings.
Frage 19
Erkläre den Begriff Overranging.
Als Overranging wird die technisch notwendige Fahrstrecke bezeichnet, die zusätzlich jeweils am Anfang und am Ende eines Spiral-CT-Scans rechentechnisch benötigt wird. Diese zusätzliche Scanlänge dient zur Bilddaten-Interpolation am Anfang und Ende des ausgewählten Scans.
Um das Overranging zu reduzieren, sollte der Pitch unter Beibehaltung des mAs-Produktes reduziert werden. Falls möglich sollte ein Spiral-CT mit reduzierten Detektorreihen verwendet werden. Insbesondere bei Geräten, die das Overranging nicht minimieren können, sollten Scan-Protokolle ohne Spiraltechnik (sequenzielle Schichten) eingesetzt werden.
Frage 20
Nenne einen weiteren Effekt, der zu einer vermehrten Strahlenexposition bei Mehrschicht-CT-Geräten führt.
Overbeaming führt bei CT-Geräten mit wenigen Zeilen (2-Zeiler, 4-Zeiler) insbesondere bei der Akquisition dünner Schichten zu einer erhöhten Strahlenexposition.
Frage 21
Erkläre den Begriff Overbeaming.
Als Overbeaming wird das Überstrahlen des Detektors in kranial-kaudaler Richtung verstanden.
Overranging und Overbeaming führen zu einer erhöhten Strahlenexposition!
Je größer die Detektorzeilen, desto geringer ist das Overbeaming ausgeprägt.
Frage 22
Wodurch wird die Auflösung der CT wesentlich bestimmt?
Die Auflösung der CT wird wesentlich durch die Zahl der Detektoren bestimmt.
Frage 23
Wozu dient die Hounsfield-Skala in der CT?
Die Hounsfield-Skala dient zur Beschreibung der Abschwächung von Röntgenstrahlen im Gewebe und zur Darstellung von Graustufenbildern.
Die Hounsfield-Units (HU) bzw. Hounsfield-Einheiten (HE) können Gewebearten zugeordnet werden. Referenzgewebe sind Luft und Wasser, bei denen die Werte vorgegeben sind. Dies wird täglich bei der Kalibrierung des CT überprüft.
Frage 24
Welche Hounsfield-Units (HU) haben Luft und Wasser definitionsgemäß?
Definitionsgemäß hat Luft -1000 HU und Wasser 0 HU.
Akutes Blut hat typischerweise Werte zwischen 60-80 HU.
Fettgewebe hat typischerweise negative Werte bis -100 HU.
Kontrastmittel hat (je nach Art und Konzentration) Werte zwischen 100-300 HU.
Knochen hat (je nach Dichte) Werte zwischen 500-1500 HU.
Frage 25
Was bedeutet Fensterung?
Die gesamte HU-Skala umfasst Werte von -1024 bis 3071 HU; das menschliche Auge allerdings kann nur ca. 60-80 Graustufen unterscheiden. Die Fensterung ermöglicht es, nur einen Teil der zur beurteilenden Bildinhalte zu betrachten und unterschiedliche anatomische Details und Gewebedichten zu erkennen. Der Ausschnitt der HU-Skala bzw. das Fenster wird mit dem Zentrum (center) und der Breite (width) angegeben.
Frage 26
Welche typisch verwendeten Bildfenster kennst Du?
Typische Fensterungen sind:
- Lungenfenster (Zentrum: -600, Breite: 1600)
- Knochenfenster (Zentrum: 300, Breite: 2000)
- Weichteilfenster (Zentrum 60, Breite 360)
- Gehirnfenster (Zentrum 40, Breite 80)
Der Wert des Zentrums orientiert sich an dem HU-Wert des Gewebes, welches betrachtet werden soll.
Die Fensterung beeinflusst Kontrast und Bildrauschen. Eine zu große Fensterweite führ zur einer Reduzierung des Kontrasts. Eine zu enge Fensterweite führt zu einer Erhöhung des Bildrauschens.
Frage 27
Was bezeichnet man als Kernel? Was ist der Unterschied zur Bildfensterung?
Für die Bildrekonstruktion werden unterschiedliche Faltungskerne (Kernel) genutzt; in der Regel wird ein weicher Kernel für Weichteildarstellungen und ein harter Kernel für Lungen- und Knochendarstellungen genutzt.
Unter Verwendung des weichen Kernels entstehen eher unscharfe, im Detail kontrastreiche Aufnahmen mit niedrigem Bildrauschen.
Unter Verwendung des harten Kernels entstehen scharfe, kantenbetonte Aufnahmen mit höherer Ortsauflösung und höherem Bildrauschen.
Der Kernel ist Teil des vorgeschalteten Rekonstruktionsalgorithmus; die Fensterung erfolgt anhand der bereits rekonstruierten Bilder.
Bei einem Standard Thorax-CT gibt es in der Regel zwei rekonstruierte Kernel (siehe Abbildung unten):
Ein weicher Kernel dient zur Weichteildarstellung und wird typischerweise mit einem Weichteilfenster betrachtet.
Der harte Kernel dient für die Knochen- und Lungenstrukturen und wird mit einem Lungenfenster (für die Lungenveränderungen) und mit einem Knochenfenster (für die Knochenveränderungen) betrachtet.
Theoretisch kann man auch den harten Kernel mit einem Weichteilfenster betrachten - allerdings gehen hier viele Details der zu beurteilenden Gewebestrukturen durch das hohe Bildrauschen verloren.
Frage 28
Nenne die häufigsten Ursachen für Artefakte in der CT.
Ursachen von Artefakten lassen sich unterteilen in:
1. Patient*innen-bedingte Artefakte
- Bewegungsartefakte (Körper-, Atem- oder Herzbewegungen)
- Artefakte durch Fremdmaterial (innerhalb oder außerhalb des Körpers wie Osteosynthesen, Schmuck, Zahnprothesen, etc.)
2. CT-basierte Artefakte
- Ringartefakte bei fehlerhafter Funktion oder mangelnder Kalibirierung der Detektorreihen
- Rekonstruktionsartefakte (z.B. Stufenbildung, wenn bei multiplanaren Rekonstruktionen Daten mit zu großer Schichtdicke genutzt werden)
3. Sonstige Artefakte
- Aufhärtungsartefakte
- Partialvolumenartefakte
Frage 29
Wie kommen Aufhärtungsartefakte zustande?
Aufhärtungsartefakte stellen sich als Streifenartefakte dar. Sie entstehen dadurch, dass niederenergetische Photonen im Vergleich zu höherenergetischen Photonen im Gewebe stärker absorbiert werden, so dass am Detektor verhältnismäßig mehr höherenergetische Photonen ankommen als niederenergetische. An Geweben mit stark unterschiedlichen Schwächungswerten (z.B. Knochen und Luft, Schädelbasis, Metall) treten diese auf.
Mit dem Einsatz von verschiedenen Filtern wird den Aufhärtungsartefakten entgegengewirkt. Dabei wird der niederenergetische Anteil durch einen Vorfilter an der Röntgenröhre absorbiert. Darüber hinaus hilft es, den Untersuchungsbereich mit einer größeren Schichtdicke zu rekonstruieren oder iterative Rekonstruktionsalgorithmen zu verwenden.
Frage 30
Beschreibe das Funktionsprinzip der CT-Perfusion.
Wo wird diese typischerweise eingesetzt?
Bei der CT-Perfusion wird das zu untersuchende Organ zu multiplen Zeitpunkten gescannt (z.B. im 1-Sekundentakt über eine Dauer von 30-60 Sekunden), während intravenös Kontrastmittel appliziert wird. Dabei entsteht ein zeitlich aufgelöster 3D Datensatz, der das An- und Abfluten von Kontrastmittel in dem untersuchten Organ aufzeigt.
Typischerweise wird die CT-Perfusion in der Schlaganfalldiagnostik eingesetzt. Hierbei werden unterschiedliche Karten (u.a. zerebraler Blutfluss, zerebrales Blutvolumen) erstellt, die Rückschlüsse auf die Durchblutung des Gehirns liefern.
Die CT-Perfusion bildet dennoch nur eine Momentaufnahme ab und ist ein Verfahren, das stark vom Blutdruck bzw. Herz-Kreislauf-System beeinflusst werden kann. Bei Patient*innen, die zum Untersuchungszeitpunkt einen geringen arteriellen Mitteldruck oder ein vermindertes Herzzeitvolumen aufweisen, kann es zu einer Überschätzung der verminderten Perfusionsareale kommen. Wichtig ist ebenfalls, eine hohe Flussrate zu verwenden, um keine verfälschten Perfusionskarten zu erhalten.
In den farblich dargestellten Karten der CT-Perfusion des Schädels kann der Infarktkern (Minderung von zerebralem Blutfluss und zerebralem Blutvolumen) und die Penumbra (Mismatch zwischen zerebralem Blutvolumen und zerebralem Blutfluss) sicher voneinander differenziert werden. Verschiedene post-processing Software heben die Informationen besonders hervor und geben die Volumina entsprechend in ml an.
Weiteres Einsatzgebiet ist die Tumordiagnostik von verschiedenen Organen (Schädel, Leber, Niere, Pankreas, Herz). Dabei kann eine genauere Einschätzung der Durchblutung des Tumors ermöglicht werden.
Frage 31
Erkläre kurz die wichtigsten Dosisbegriffe in der Computertomographie:
Was ist der Computed Tomography Dose Index (CTDI)?
Der CTDI gibt die Dosis in einer Schicht inklusive der Streustrahlung aus den benachbarten Schichten an. Die Einheit ist Gray [Gy].
Mathematisch berechnet sich der CTDI aus dem Integral der absorbierten Dosis entlang der z-Achse, geteilt durch die Schichtdicke. Der CTDI ist abhängig von der primären Kollimation, von der Röhrenspannung (kV), dem Röhrenstrom-Zeit-Produkt (mAs), dem Scanmodus und dem Scannertyp.
Frage 32
Was ist der CTDIvol?
Der CTDIvol entspricht dem Quotienten aus gewichtetem CTDIw und dem Pitch-Faktor (Verhältnis von Tischvorschub zur Strahlenkollimation).
Der gewichtete CTDIw wird mit Hilfe von normierten zylindrischen Plexiglasphantomen gemessen.
Der CTDIvol ist demnach eine Messgröße, die die Strahlenexposition in CT-Untersuchungen unabhängig vom Gerätetyp und Hersteller erlaubt.
Ist der Pitch kleiner als 1, überlagern sich die Röntgenstrahlprofile und die absorbierte Dosis steigt. Ist der Pitch größer als 1, überlagern sich die Röntgenstrahlprofile nicht. Es kommt zu Lücken bei der Erfassung und die absorbierte Dosis sinkt.
Der erwartete CTDIvol wird vor jedem Scan auf der Benutzeroberfläche des CT-Scanners angezeigt.
Frage 33
Was ist das Dosis-Längen-Produkt (DLP)?
Das Dosis-Längen-Produkt (DLP) ist das Produkt aus CTDIvol und der Länge (L) des Untersuchungsbereichs.
Die Maßeinheit ist mGy * cm.
Mit Hilfe des Dosis-Längen-Produkts lässt sich die absorbierte Dosis in einem vollständigen CT-Scan berechnen.
DLP = CTDIvol * Länge [mGy * cm]
CTDIvol und DLP werden für jede CT-Untersuchung im Patientenprotokoll gespeichert.
Frage 34
Wie lässt sich die effektive Dosis einer CT-Untersuchung berechnen?
Die effektive Dosis kann nicht für jeden einzelnen Patienten exakt berechnet werden, sondern wird mit Hilfe einer Simulation (Monte-Carlo-Simulation) angenähert, bei der man von einem „Durchschnittspatienten“ ausgeht.
Die effektive Dosis kann näherungsweise über das Dosis-Längen-Produkt (DLP) berechnet werden, in dem man sich eines mittleren Gewichtungsfaktors f für unterschiedliche Bereiche des menschlichen Körpers bedient.
Die Einheit der effektiven Dosis ist Sievert [Sv].
Effektive Dosis = DLP * f [mSv]
Die effektive Dosis berücksichtigt die direkte und indirekte (Streustrahlung) Dosis für alle Organe.
Der mittlere Gewichtungsfaktor f unterscheidet sich in verschiedenen Bereichen des menschlichen Körpers:
Kopf: f = 0,0021 mSv/(mGy * cm)
Thorax: f = 0,014 mSv/(mGy * cm)
Abdomen und Becken: f = 0,015 mSv/(mGy * cm)
Frage 35
Durch welche Faktoren wird die Bildqualität bestimmt?
Die Bildqualität wird durch folgende Faktoren bestimmt:
- Bildkontrast
- Bildschärfe
- Bildrauschen
- Artefakte
Das Bildrauschen bestimmt hauptsächlich die Bildqualität in der CT.
Grundsätzlich gilt: Je höher die Strahlenexposition, desto geringer das Bildrauschen.
Frage 36
Welche Auswirkungen hat eine Erhöhung der Röhrenspannung (kV) auf die Bildqualität und die Strahlenexposition in einer CT-Untersuchung?
Durch die Erhöhung der Röhrenspannung (kV) werden der Bildkontrast und das Bildrauschen vermindert. Die Strahlenexposition steigt.
KV macht grau.
Frage 37
Welche Auswirkungen hat eine Erhöhung des Röhrenstrom-Zeit-Produkts (mAs) auf die Bildqualität und die Strahlenexposition in einer CT-Untersuchung?
Durch die Erhöhung des Röhrenstrom-Zeit-Produkts (mAs) wird das Bildrauschen vermindert. Die Strahlenexposition steigt proportional an.
Frage 38
Wie lässt sich der Bildkontrast erhöhen?
Durch Verminderung der Röhrenspannung (kV) lässt sich der Bildkontrast erhöhen (z.B. Reduktion von 120 kV auf 100 kV). Allerdings steigt parallel auch das Bildrauschen. Bei schlanken Patient*innen und Kinder wird die Reduktion bzw. Anpassung der kV empfohlen.
Als zweite Maßnahme lässt sich in der Bildrekonstruktion ein enges Fenster wählen, um den Bildkontrast zu erhöhen.
Frage 39
Was passiert, wenn die rekonstruierte Schichtdicke von beispielsweise 1 mm auf 5 mm erhöht wird?
Bei Erhöhung der rekonstruierten Schichtdicke wird das Bildrauschen deutlich vermindert.
Frage 40
Welche Auswirkung hat ein zunehmender Patientenquerschnitt auf die Bildqualität?
Bei zunehmendem Patientenquerschnitt steigt das Bildrauschen.
Um dennoch ein diagnostisch auswertbares Bild bei adipösen Patient*innen zu erhalten, greift in der Regel die automatisierte Röhrenstrommodulation - auch wenn dies eine Erhöhung der Strahlenexposition beinhaltet.
Frage 41
Welche Modalität hat die höhere Ortsauflösung - das konventionelle Röntgen oder die Computertomographie?
Das konventionelle Röntgen hat im Vergleich zur Computertomographie die höhere Ortsauflösung.
Die Ortsauflösung beschreibt die Detailerkennbarkeit von Bildelementen. Die einzelnen Bildpunkte eines Bildes werden Pixeln zugeordnet. Die Matrix besteht aus Pixeln in den Zeilen und Spalten. Dabei hat ein Röntgenbild eine deutlich höhere Pixelanzahl als ein CT-Bild:
Röntgen-Thorax 3000 x 2500 Pixel = 7,5 Megapixel mit 16 384 Grauwerten
CT-Thorax 512 x 512 Pixel = 0,3 Megapixel mit 4096 Grauwerten
Frage 42
Was versteht man unter Durchleuchtung oder Fluoroskopie? Welche Techniken werden hierfür verwendet?
Die Durchleuchtung (= Fluoroskopie) beschreibt die kontinuierliche Betrachtung des menschlichen Körpers mittels Röntgenstrahlung.
Die dynamische Röntgenbilddarstellung auf einem Monitor erfolgt mittels Bildverstärker oder (bei modernen Geräten) mittels digitalem Flachdetektor.
Moderne Durchleuchtungsanlagen arbeiten mit einem digitalen Fachdetektor. Damit lässt sich im Vergleich zum klassischen Bildverstärker eine höhere Ortsauflösung, Verzerrungsfreiheit und gesteigerte Dosiseffizienz erzielen. Der Flachdetektor besitzt eine höhere Bildtiefe mit mehr Graustufen. Zusätzlich hat sich mittlerweile in der intraoperativen und interventionellen Bildgebung die Flachdetektor-CT etabliert. Diese ist besonders zur Materiallage von Osteosynthese (in unfallchirurgischen oder neurochirurgischen Prozeduren; siehe Abbildungen unten) oder zum Blutungssauschluss bei neuroradiologischen Interventionen (z.B. nach erfolgter mechanischer Thrombektomie) geeignet.
Frage 43
Wie unterscheiden sich Aufnahmen mittels Durchleuchtung und konventionellem Röntgen in Bezug auf die Belichtungszeit, Röhrenstrom und Röhrenspannung?
Im Vergleich zum konventionellem Röntgen nutzt man in der Durchleuchtung eine deutlich längere Belichtungszeit und einen deutlich niedrigeren Röhrenstrom (0-5 mA vs. 200-800 mA). Die Röhrenspannung wird bei beiden Modalitäten gleich gewählt (50-120 kVp).
Frage 44
Erkläre grob das Funktionsprinzip eines Bildverstärkers.
Der Bildverstärker besteht aus einem großen Eingangsschirm, Elektroden und dem kleineren Ausgangsschirm. Am Eingangsschirm befindet sich ein Szintillator, der bei Eintritt der Röntgenstrahlung Licht erzeugt. Direkt dahinter befindet sich eine Photokathode, an der Elektroden vom eintreffenden Licht freigesetzt werden. Die freien Elektronen werden im elektrischen Feld zwischen Kathode und Anode zur Anode hin beschleunigt. Vor dem Ausgangsschirm ist wieder ein Szintillator, der die Elektronen sichtbar macht. Es entsteht ein Röntgenbild, welches über eine Optik an einen Monitor gesendet wird.
Frage 45
Erkläre folgende Begriffe:
- gepulste Durchleuchtung
- „Road-Map“ Funktion
- „Last-Image-Hold“ Funktion
- „Untertisch“
Wozu dienen diese technischen Funktionen in der Durchleuchtung/Angiographie?
Bei der gepulsten Durchleuchtung wird die Strahlung nicht kontinuierlich, sondern gepulst erzeugt.
Bei der „Road-Map“ Funktion dient ein Durchleuchtungsbild mit Kontrastmittel als Maske. Damit lässt sich die Katheter-Bewegung innerhalb des Gefäßes suffizient darstellen und ermöglicht ein sicheres Sondieren.
Mit Hilfe der „Last-Image-Hold“ Funktion lässt sich das zuletzt erzeugte Durchleuchtungsbild im digitalen Bildspeicher festhalten und auf dem Monitor anzeigen.
Der „Untertisch“ beschreibt, dass die Röntgenröhre unter dem Patiententisch lokalisiert ist.
Die technischen Funktionen ermöglichen eine Reduktion der Strahlenexposition.
Neben den Begriffserklärungen wurde gelegentlich gefragt, welche technischen Möglichkeiten es zum Zoomen in der Angiographie gibt:
Anwahl kleinerer Bildverstärker-Durchmesser (was jedoch mit einem erhöhten Dosisbedarf einhergeht)
Elektronischer Zoom (viele Anbieter bieten diverse Software-Lösungen an)
Vergrößerung Objekt-Detektor-Abstand (was jedoch mit einer Unschärfe einhergeht)
Frage 46
Was ist French/Charriere, Inch und Gauge? Wofür werden diese Begriffe verwendet?
Diese Begriffe bezeichnen Maßeinheiten der in der Angiographie verwendeten Katheter, Drähte und Nadeln.
French/Charriere bezeichnet das Maß für den Außendurchmesser von Kathetern und den Innendurchmesser von Schleusen. Somit passt ein 6 French Katheter durch eine 6 French Schleuse. Hierbei entspricht 1 French/Charriere 1/3 mm.
Da viele Ärzt*innen im englischsprachigen Raum den französischen Namen Charriere nicht aussprechen konnten, hat sich für diese Maßeinheit der Name French durchgesetzt.
Inch: In der Angiographie arbeitet man mit Drähten. Die Dicke der Drähte wird in Inch angegeben. Hierbei sind gängige Drahtdicken 0.018 inch, 0.014 inch oder 0.035 inch. Man spricht auch vom 18er, 14er oder 35er-System.
Gauge: Dies ist eine verwendete Maßeinheit für den Außendurchmesser von Kanülen. Die Zahl in Gauge verhält sich reziprok zum Durchmesser, d.h. je größer G, umso kleiner ist der Durchmesser.
Frage 47
Erkläre das Prinzip der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA).
Eine native Aufnahme wird als Maske erstellt. Darauf folgt eine Aufnahme mit Kontrastmittel als Füllungsbild. Die Subtraktion des leeren Bildes von dem Füllungsbild zeigt die alleinigen Gefäßstrukturen, das DSA-Bild.
Die DSA ist die wichtigste Untersuchungsmethode zur Diagnostik und Intervention bei Gefäßerkrankungen in der Radiologie und Neuroradiologie. Der Vorteil gegenüber der CT- und MRT-Angiographie ist die exzellente Auflösung in jeglicher Dimension sowie die Beurteilung der Hämodynamik. Somit können 3D Gefäßprojektionen ohne anatomischen Hintergrund erzeugt werden. Mit Hilfe von weiteren Bildbearbeitungssystemen in der Angiographie lassen sich komplexe Interventionen (z.B. exakte Messgenauigkeit von Stents) einfach planen.
Frage 48
Bei welchen Prozeduren wird die Angiographie typischerweise eingesetzt?
Die Angiographie beschreibt die Darstellung von Gefäßen (Venen und Arterien, ggf. Lymphgefäße). Somit ergibt sich ein breites Spektrum von diagnostischen und interventionellen Prozeduren in der Radiologie und Neuroradiologie.
Beispiele für radiologische und neuroradiologische Interventionen in der Angiographie:
- Implantation von Katheter- oder Portsystemen (z.B. bei Chemotherapie)
- Implantation von Gefäßprothesen (z.B. Stent)
- Wiedereröffnung von zentralen oder peripheren Gefäßen (z.B. perkutane transluminale Angioplastie, intraaarterielle Lyse, mechanische Thrombektomie)
- Verschluss von Gefäßen oder Gefäßpathologien (z.B. mittels Coils, Mikrosphären, Flüssigembolisat)
- Erzeugung von künstlichen Gefäßverbindungen (z.B. TIPPS der Leber)
Frage 49
Welche Stenttypen kennst Du?
Man unterscheidet:
- selbstexpandierende Stents
- ballonexpandierende Stents
- gecoverte Stents
- Drug-eluting Stents
Frage 50
Nenne Materialien, welche für einen Gefäßverschluss/Gefäßabdichtung verwendet werden können.
Für einen Gefäßverschluss/Gefäßabdichtung können folgende Materialien verwendet werden:
- Coils oder Plugs
- Partikel oder Sphären
- Flüssigembolisate (z.B. Histoacryl)
- Ballons
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