Computertomographie: Körperbilder Schicht um Schicht

Die Computertomographie (kurz: CT) ist eine Röntgenuntersuchung, die einen detaillierten Blick ins Innere des Menschen erlaubt. Schicht für Schicht entstehen Bilder von den Organen und Geweben des Körpers, auf denen Veränderungen oft besser zu sehen sind als bei der herkömmlichen Röntgenuntersuchung. In der Krebsmedizin wird die Computertomographie eingesetzt, um den Verdacht auf eine Tumorerkrankung abzuklären oder den Verlauf während einer Behandlung zu kontrollieren.

Computertomographie: Das Wichtigste in Kürze

Die Computertomographie zählt zu den sogenannten bildgebenden Untersuchungsverfahren wie auch herkömmliches Röntgen, Ultraschall, Magnetresonanztomographie, PET und Szintigraphie. Sie ist ein Schnittbildverfahren, das auf der Röntgentechnik basiert und schichtweise Bilder aus dem Körperinnern liefert. In der Krebsmedizin wird sie vorrangig eingesetzt, um Tumoren oder Metastasen zu finden oder deren Entwicklung während einer Behandlung und danach zu kontrollieren. Obwohl sie mit einer vergleichsweise hohen Strahlenbelastung einhergeht, ist die Computertomographie nicht beliebig gegen andere bildgebende Verfahren austauschbar: Wo sie einen deutlichen Nutzen gegenüber anderen Untersuchungsmethoden aufweist, muss das Risiko der Strahlenbelastung sorgfältig gegen das Risiko abgewogen werden, einen Tumor oder Metastasen zu übersehen. Ihre Vorteile liegen besonders in der Darstellung von Knochen, aber auch in der Kürze der Untersuchung.

Ein Computertomograph besteht aus einer Röntgenröhre und gegenüberliegenden Detektoren, die messen, wie sehr die von der Röntgenröhre ausgehende Strahlung durch das Gewebe im Körper abgeschwächt wird. Während der Untersuchung wird der Patient auf einer Liege durch einen kurzen Tunnel mit dieser Abtasteinheit des Geräts geschoben. Die Detektoren senden die empfangenen Signale an eine Computereinheit, die aus ihnen viele Schnittbilder berechnet. Je strahlendurchlässiger das Gewebe ist, desto dunkler wird es im CT-Bild dargestellt. Gewebe, das die Strahlung weniger gut durchlässt und so abschwächt, erscheint hell. Um den Kontrast zwischen benachbarten Strukturen, Organen und Geweben zu erhöhen, erhalten Patienten bei Bedarf vor der Untersuchung ein Kontrastmittel.

Grundlagen: Funktionsweise und Unterschiede zu anderen Untersuchungsmethoden

Was heißt Computertomographie?

Tomographie (von gr.: tomós = "Schnitt" und gráphein = "schreiben") bedeutet Schnittbild: Der Körper wird Schicht für Schicht untersucht, gerade so, als würde man ihn in hauchdünnen Scheiben betrachten. Doch dabei wird nichts aus dem Körper herausgeschnitten: Die Technik erlaubt es, Bilder vom Inneren des Menschen zu machen, ohne ihn zu verletzen. Zur Erstellung der Aufnahmen nutzt man die Rechenleistung moderner Computer: Die konventionelle Röntgentomographie ist daher mittlerweile weitgehend durch die in vielen Bereichen aussagekräftigere Computertomographie ersetzt worden.

Indikation: Wann macht man eine Computertomographie?

Die Computertomographie gehört zu den sogenannten bildgebenden Verfahren, also zu den Untersuchungsmethoden, mit deren Hilfe ein genauer Blick in den Körper möglich ist, ohne ihn - wie bei einer Operation - aufschneiden zu müssen. Häufig angewendet wird die CT zur Untersuchung schwer und vermutlich mehrfach verletzter Unfallopfer oder bei Kopfverletzungen, aber auch, um Knochenbrüche und innere Verletzungen und Organveränderungen darzustellen. In der Krebsmedizin setzt man die CT ein, um Größe und Lage von Tumoren einzuschätzen oder Metastasen zu finden, also Absiedelungen von Tumorzellen in anderen Organen. Da die Computertomographie im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren mit einer höheren Strahlenbelastung einhergeht, müssen Nutzen und Risiko im Einzelfall genau gegeneinander abgewogen und mit den Vor- und Nachteilen anderer Verfahren verglichen werden.

Vergleich: Welche Vor- und Nachteile hat eine CT gegenüber anderen Untersuchungen?

Die Computertomographie geht für die Patienten mit einer höheren Strahlenbelastung einher als herkömmliche Röntgenaufnahmen oder strahlungsfreie Kernspintomographien oder Ultraschalluntersuchungen. Warum lässt die CT sich dennoch nicht einfach durch eines der anderen Verfahren ersetzen? Die verschiedenen bildgebenden Verfahren haben alle ihre Vor- und Nachteile, die es im Einzelfall gegeneinander abzuwägen gilt.

Welche Untersuchungsmethode für einen Krebspatienten jeweils infrage kommt oder die bessere Aussagekraft hat, hängt von der zu klärenden Frage und der zu untersuchenden Körperregion ab und muss individuell mit den behandelnden Ärzten entschieden werden. Hintergründe bietet der Krebsinformationsdienst dazu auch in seinen Übersichtstexten in der Rubrik "Krebsarten", jeweils im Abschnitt "Untersuchung" oder "Diagnostik".

Im Vergleich zur herkömmlichen Röntgenaufnahme lassen sich bei der Computertomographie die Organe überlagerungsfrei darstellen. Während bei der einfachen Röntgenaufnahme nur zweidimensionale Abbildungen möglich sind, können mithilfe der Computertomographie auch dreidimensionale Bilder berechnet werden, die einen räumlichen Eindruck des Körperinneren vermitteln. Bei gewöhnlichen Röntgengeräten entscheidet die jeweils angelegte Stromspannung darüber, wie kontrastreich das entstehende Bild ist und damit meist auch, ob eher Knochen oder eher Weichteile scharf dargestellt werden. In der Computertomographie können die unterschiedlichen Gewebe in einer einzigen Aufnahme voneinander abgegrenzt werden.

Die in den 70er Jahren entwickelte Computertomographie gehört bis heute zu den wichtigsten Untersuchungen in der Krebsmedizin. Sie wurde in vielen Bereichen allerdings durch die später eingeführte Magnetresonanz- oder Kernspintomographie (MRT) abgelöst. Insbesondere bei der Weichteildiagnostik ist die MRT der CT überlegen. Knochen hingegen werden in der MRT nicht so gut dargestellt wie mithilfe der CT. Dies liegt daran, dass die MRT zur Bildgebung die Ausrichtung der Wasserstoff-Protonen entlang eines künstlich erzeugten Magnetfelds misst. Gewebe, die wenig Wasser und damit auch weniger Wasserstoff enthalten, wie etwa die Knochen, werden in der MRT weniger gut dargestellt. Ein weiterer Vorteil der CT gegenüber der MRT ist die kürzere Untersuchungsdauer, weswegen die CT besonders dort zum Einsatz kommt, wo es schnell gehen muss: bei schwerverletzten Unfallopfern oder bei Kopfverletzungen. Bis heute bleibt die Computertomographie auch wichtig, wenn es um die Untersuchung sich bewegender Organe geht: Durch die Geschwindigkeit der Bildaufnahmen reduziert sich die Störanfälligkeit der Bilder von bewegten Körperregionen. Für Patienten mit Herzschrittmachern, Defibrillatoren oder bestimmten Metallimplantaten ist eine Computertomographie meist problemlos möglich, während eine Magnetresonanztomographie nur unter großen Vorsichtsmaßnahmen oder gar nicht durchgeführt werden kann.

Mit modernen Ultraschallgeräten (Sonographie) lassen sich zwar heute in der Krebsmedizin viele Fragestellungen gut abklären, ebenfalls ohne Strahlenbelastung des Patienten. Eine Computertomographie lässt sich durch eine Sonographie jedoch nur in wenigen Fällen ersetzen.

Wie funktioniert die Computertomographie?

Die Computertomographie (CT) wird gelegentlich auch Röntgen-Computertomographie genannt. Anders als bei der Magnetresonanztomographie (MRT) handelt es sich um ein Schnittbildverfahren, das auf der Röntgentechnik beruht.

Die Röntgenröhre sendet einen fächerförmigen (in neueren Geräten kegelförmigen) Röntgenstrahl aus und bewegt sich währenddessen kreisförmig um die runde Öffnung des Geräts, also um die Längsachse der Patienten. Dabei dringen die Röntgenstrahlen von allen Seiten durch den Körper. Die Strahlen, die das Gewebe durchgelassen hat, werden von den gegenüberliegend aufgereihten Messköpfen (Detektoren) als Signal empfangen, elektronisch aufbereitet und einem Computer zugeführt. Der Computer ermittelt die Differenz zwischen abgeschickter und empfangener Intensität des Röntgenstrahls und kann über komplizierte Rechenvorgänge den relativen Schwächungswert (entsprechend der Dichte des Gewebes) für jeden einzelnen Punkt im durchstrahlten Gewebe berechnen. Diese Zahlen werden in Grautöne umgesetzt und als Bild auf dem Bildschirm wiedergegeben. Ein solches Bild beruht auf der Untersuchung einer Körperscheibe von meist ein bis fünf Millimeter Dicke.

Wie bei gewöhnlichen Röntgenuntersuchungen macht man sich bei der CT die unterschiedliche Durchlässigkeit verschiedener Körpergewebe für Röntgenstrahlen zunutze. Je dichter ein Gewebe ist, desto schlechter lässt es die Strahlen hindurch. So kann man zum Beispiel Knochen, Luft (in der Lunge), Wasseransammlungen im Körper und Weichgewebe von einander unterscheiden: Sie erscheinen in unterschiedlichen Grautönen. Auf dem Film entsteht ein "Negativbild": Je dichter ein Gewebe ist, desto heller wird es abgebildet. Gewebe, das die Strahlung kaum abschwächt, erscheint dunkel.

Bei einer gewöhnlichen Röntgenaufnahme überlagern sich die "Schatten" verschiedener Gewebe, die hintereinander im Strahlengang gelegen sind und daher auf einer Stelle des Films zusammen abgebildet werden. Bei der Computertomographie werden Aufnahmen aus verschiedenen Richtungen gemacht. So können Überlagerungen vermieden werden, und es ist möglich, die genaue Größe und Lage eines Organs oder einer Gewebeveränderung im Körper zu bestimmen. Die Rechenleistung des Computers ermöglicht es, dass am Ende nicht nur Querschnittbilder dargestellt werden können, sondern durch Aneinanderreihung der Bildpunkte aus verschiedenen Querschichten auch Längs- und Schrägschichten oder dreidimensionale Bilder, die aus verschiedenen Richtungen betrachtet werden können.

Das Untersuchungsergebnis überträgt der Arzt vom Bildschirm auf Filme oder Papier, zunehmend häufiger aber auch vom Rechner direkt auf CDs oder andere elektronische Speichermedien. Solche Bilder lassen sich, natürlich unter Beachtung des Datenschutzes, auch innerhalb eines Krankenhauses von Abteilung zu Abteilung oder an den niedergelassenen Arzt über das Internet weitergeben.  

Technik und Forschung: Wie haben sich die CT-Geräte weiterentwickelt?

Ein CT-Gerät ist sehr groß, in Praxen und Kliniken benötigen selbst moderne Anlagen einen eigenen Raum. In der Mitte des Gerätes befindet sich eine Öffnung, in die der Patient auf einer Liege geschoben wird. (Ein Bild findet sich auf der Seite der Röntgen-Abteilung des Deutschen Krebsforschungszentrums unter www.dkfz-heidelberg.de/de/radiologie/patienten/pat_ct.html).

• Inkremental-CT: Bei der zuerst entwickelten Technik, der sogenannten "Inkremental-CT" (von lat.: incrementare = "vergrößern") fuhr für jede einzelne Aufnahme die Liege mit dem Patienten einige Millimeter weiter, und das Gerät durchleuchtete die nächste Schicht des Körpers. So wurden zum Beispiel für eine Gesamtaufnahme des Brustraumes vierzig Schichten aneinandergereiht, für die Darstellung anderer Organe genügten manchmal auch nur zehn Schichten. Während der einzelnen Aufnahmen, die jeweils etwa fünf Sekunden dauerten, musste der Patient ruhig liegen bleiben und gemäß den Anweisungen des betreuenden Personals atmen oder die Luft anhalten, damit das entstehende Bild nicht "verwackelte", das heißt, durch die Atembewegung unscharf wurde.
• Spiral-CT: Modernere CT-Geräte sind die sogenannten Spiral-Computertomographen. Der Patient wird hier nicht schrittweise, sondern kontinuierlich und in wenigen Sekunden automatisch durch das Gerät geschoben. Dabei dreht sich die Röntgenröhre fortlaufend um den Patienten. Der Röntgenstrahl beschreibt dadurch eine Spirale um den Patienten (daher der Name). Aus den gewonnenen Daten lassen sich Bilder jeder gewünschten Körperschicht errechnen. Der Vorteil der Spiral-CT ist der, dass die Untersuchung sehr schnell geht. Der Patient hält für einige Sekunden die Luft an, und in dieser Zeit kann ein großer Körperabschnitt wie zum Beispiel der Brustkorb oder der Oberbauch aufgenommen werden.
• Mehrzeilen-Spiral-CT: Eine Weiterentwicklung des Spiral-CT stellt das sogenannte Mehrzeilen-Spiral-CT dar. Mit diesen Geräten sind noch schnellere Untersuchungen möglich. Das liegt daran, dass nicht nur eine Reihe von Detektoren, sondern sehr viele Detektorreihen nebeneinander liegen. Bei Untersuchungen, die mit Kontrastmittel durchgeführt werden müssen, kann so eine noch bessere Kontrastmittelverteilung erfasst werden. Über die dünnen Schichten lassen sich ebenfalls beliebige Schnittrichtungen berechnen und so Bilder in verschiedenen Ebenen darstellen.
• Volumen-CT: Die neuesten Computertomographen sind "Volumen-CTs", bei denen viele Hundert Schichten pro Rotation erfasst werden. Da so relativ breite Körperschichten auf einmal "gescannt" werden, reicht eine Rotation mitunter für die Abbildung eines ganzen Organs (Herz, Gehirn). Die Untersuchungsdauer verkürzt sich dadurch weiter, und Störungen (sogenannte "Artefakte") durch die Bewegung der Geräte werden vermieden. Diese neuen CTs werden insbesondere zur Darstellung von Bewegungsabläufen (zum Beispiel die Durchblutung von Organen) eingesetzt.

Welche Vorteile hat die technische Entwicklung mit sich gebracht?

Auch die zur Verarbeitung der Signale notwendige Computerleistung hat sich in den letzten Jahren stark verbessert. Computertomographie-Bilder können heute dreidimensional berechnet werden, sodass eine räumliche Darstellung der Lage einzelner Organe zueinander möglich wird. Neue und weiterentwickelte Systeme ermöglichen die Kombination von Computertomographen mit anderen Diagnosesystemen, zum Beispiel computergesteuerten Punktionsapparaturen zur zielgenauen Entnahme von Gewebeproben bei einer Biopsie. Dank mobiler CT-Geräte sind sogar Computertomographien während einer laufenden Operation möglich.  

Ein wichtiger Vorteil der technischen Entwicklung ist zum einen die immer kürzere Untersuchungsdauer und damit eine immer geringere Strahlenbelastung für den Patienten. Auch langes Stillliegen ist für viele Fragestellungen nun nicht mehr notwendig. Zum anderen werden die Aufnahmen immer detaillierter und weniger anfällig für Störungen. So können immer kleinere Veränderungen im Körper sichtbar gemacht werden.