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 Computertomograph, Foto: Hybrid Images/Getty Images © Krebsinformationsdienst, Deutsches Krebsforschungszentrum

Computertomographie: Technik, Forschung, Fachinformationen

Die Computertomographie gehört zu den Standard-Untersuchungsverfahren in der Krebsmedizin. Auf welcher Technik beruht sie? Wie haben sich die Geräte in den letzten Jahren weiterentwickelt? Antworten auf diese Fragen finden Interessierte und Fachleute in diesem Text.

Häufig gestellte Fragen zur Durchführung der Untersuchung sowie zu praktischen Aspekten beantwortet der Krebsinformationsdienst in einem eigenen Text: "Häufig gestellte Fragen zur Computertomographie (CT)".  

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Technik: 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.

Ein Computertomograph besteht aus einer Scan-Einheit, der sogenannten Gantry, und  einem Tisch, auf dem der Patient liegt. Während der Untersuchung wird der Patient auf einer Liege in die kreisförmige Öffnung in der Gantry geschoben. In der Gantry befinden sich die Röntgenröhre und gegenüberliegenden Detektoren, die messen, wie sehr die von der Röntgenröhre ausgehende Strahlung durch das Gewebe im Körper abgeschwächt wird. 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.

Wie ein Bild entsteht: Gewebe ist unterschiedlich durchlässig für Röntgenstrahlen

Computertomographie, Foto: Morsa Images © Getty Images
Die CT-Bilder aus dem Körperinnern können gleich auf dem Monitor betrachtet werden. © Morsa Images/Getty Images

Während der Untersuchung dreht sich die gesamte Gantry um die Liege mit dem Patienten, also um dessen Längsachse. Die Röntgenröhre sendet dabei einen fächer- oder kegelförmigen Röntgenstrahl aus. Die Röntgenstrahlen dringen von allen Seiten in den Körper. Zum Teil werden sie vom Gewebe aufgenommen oder abgelenkt, durch anderes Gewebe dringen sie nahezu ungehindert hindurch. 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 voneinander 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 entweder auf Filme oder Papier, inzwischen aber meist 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?

Während der letzten Jahrzehnte hat sich die Computertomographie stetig weiterentwickelt. In diesem Abschnitt finden Interessierte einen kurzen Überblick über verschiedene Gerätetypen und Aufnahmetechniken:

  • 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: Noch neuere 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.
  • Dual-Source-CT: Inzwischen gibt es Computertomographen, bei denen zwei um neunzig Grad versetzte Röntgenstrahler gleichzeitig um den Patienten rotieren. Damit kann die Untersuchungszeit verkürzt werden und auch die Strahlendosis, der Patienten ausgesetzt werden, ist geringer. Ein weiterer Vorteil der Dual-Source-CT ist, dass jede Röntgenröhre mit unterschiedlicher Spannung und einem unterschiedlichen Röntgenspektrum arbeiten kann. Diese sogenannte Zwei-Spektren-CTs erlauben es, verschiedene Gewebe noch besser voneinander abzugrenzen und Bildstörungen zu reduzieren.

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.

Zum Weiterlesen: Linktipps, Quellen, Fachinformationen