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Anatomische Diagnostik - Computertomographie

Die Computertomographie (CT) ist eine weiterentwickelte Form der Röntgentomographie, bei der die durch Röntgenstrahlung erzeugten Informationen mittels eines Computers in errechnete Schnittbilder umgewandelt werden.

Da Röntgenstrahlung verwendet wird, geht das Verfahren mit Strahlenexposition einher. Ein in der CT erzeugter Bilddatensatz wird als Computertomogramm bezeichnet. 

Prinzip 

Ein Röntgenbild ist die zweidimensionale Abbildung eines dreidimensionalen Körpers. Hintereinander liegende Bildbestandteile überlagern sich also, was es erschwert, Pathologien von durch Überlagerung hervorgerufenen Effekten zu unterscheiden.

In der CT wird das zu untersuchende Objekt aus vielen Richtungen bestrahlt und dementsprechend die Abschwächung der Strahlung an unterschiedlichen, der Strahlungsquelle direkt gegenüberliegenden Stellen detektiert. Mit den gesammelten Informationen wird ein eindimensionales Absorptionsprofil erstellt.

Für eine CT ist daher immer ein Computersystem erforderlich, dass über spezielle Detektoren die nicht-resorbierte Strahlung aufnimmt, mit Hilfe eines Algorithmus ein Absorptionsprofil erstellt und dieses verarbeitet. Aus diesen eindimensionalen Profilen wird dann ein dreidimensionales Bild, bestehend aus mehreren hundert bis tausend Schichten, errechnet.

Abgrenzung Röntgen - CT
Röntgen

- zweidimensionale Abbildung eines dreidimensionalen Körpers

- Bildbestandteile überlagern sich

CT

- Erstellung eindimensionaler Absorptionsprofile

- Aus eindimensionalen Absorptionsprofilen wird mittels Computersystems ein dreidimensionales Bild errechnet

Die kleinste Bildeinheit der CT ist der Voxel, ein dreidimensionaler Pixel, der durch seine Position im Raum und seine Farbwerte eindeutig definiert ist. Das errechnete Bild stellt einen Transversalschnitt durch das zu untersuchende Objekt dar. Durch mehrere Umläufe der Röhre lassen sich weitere Schnitte errechnen.

Da die fertigen Bilddaten aus Schichten bestehen, muss immer berücksichtigt werden, dass kleinere Veränderungen, die zwischen diesen Schichten liegen, nicht erfasst werden. Die Anzahl der Schichten, die ein Gerät erstellen kann, nimmt immer mehr zu, dennoch stellt eine Computertomographie keine lückenlose Aufnahme dar.

Technische Entwicklung 

Seit der erste Computertomograph 1972 in einer Klinik aufgebaut wurde, wurde das Verfahren stets weiterentwickelt und beschleunigt, sodass moderne CT-Geräte heute für die Durchführung eines kompletten Untersuchungsganges (ohne Kontrastmittel) nur noch wenige Sekunden benötigen. 

Im Laufe der Zeit wurde die Computertomographie um zwei wesentliche Aspekte erweitert: die Kontrastmittel-CT und die 3D-Rekonstruktion. Bei der 3D-Rekonstruktion wird mit Hilfe der Schichtbilder ein 3D-Bild errechnet. Es handelt sich also genau genommen nicht um eine Rekonstruktion, sondern eine weitere algorithmische Erstellung eines neuen Bilddatensatzes.

Da zwischen den einzelnen Schichten Bilddaten fehlen, müssen in der 3D-Rekonstruktion diese Daten extrapoliert werden. 3D-Rekonstruktionen in der CT sind daher eher zur Veranschaulichung sowie zur topographischen Operationsplanung gedacht, jedoch nicht zur radiologischen Diagnose an sich. Diese wird anhand der Schichtbilder vorgenommen. 

Besonderheiten der 3D-Rekonstruktion
Bilderstellung Errechnung eines 3D-Bildes aus Schichtbildern (algorithmische Erstellung eines Bilddatensatzes)
Grenzen

- zwischen einzelnen Schichten fehlen Bilddaten, diese werden extrapoliert

- eher zur Veranschaulichung oder topographischen Operationsplanung geeignet

Trotz steter Weiterentwicklung der Geräte ist die Strahlenexposition einer CT nachwievor um ein Vielfaches höher als jene im Rahmen einer einfachen Röntgenaufnahme in 2 Ebenen.

Kontrastmittel 

Intravenös verabreichtes Kontrastmittel macht Gefäße sichtbar (CT-Angiographie) und erlaubt so eine Aussage über den Gefäßstatus. Es dient ebenfalls der weiterführenden Beurteilung von Raumforderungen unklarer Genese, da Tumore, die einen Anschluss ans Gefäßsystem haben klinisch einer besonderen Bewertung bedürfen. Im Bereich der Leber können zudem die verschiedenen Phasen des Gefäßdurchflusses explizit beurteilt werden, was von hohem diagnostischen Wert ist.

Leberarterie - radiologischer Schnitt

Anatomische Strukturen 

In der CT lassen sich prinzipiell alle Strukturen darstellen, allerdings lassen sich nicht alle gleich gut beurteilen

Prinzipiell werden im CT das Knochenfenster und das Weichteilfenster unterschieden. Ein weiteres Fenster, das häufig Verwendung findet, ist das Lungenfenster. Im Knochenfenster – wie das Begriff bereits andeutet – sind vor allem knöcherne Strukturen gut beurteilbar. Im Weichteilfenster lassen sich vornehmlich parenchymatöse Organe und Muskeln relativ gut darstellen.

Die Beurteilung von Gelenken, Sehnen und Bändern ist prinzipiell möglich, aber wird nur in seltenen Fällen mit der CT durchgeführt, hier sind MRT und Sonographie Mittel der Wahl.

Für die Darstellung der Nasennebenhöhlen ist die CT Goldstandard, ebenso für den Bereich des knöchernen Labyrinthes. Für letzteres kann jedoch auch die MRT verwendet werden.

Nasennebenhöhlen - Ansicht von lateral-links

Terminologie

Die Abschwächung der emittierten Röntgenstrahlung wird vom Gerät erfasst. Diese Schwächungsmaße werden dann in Zahlen umgerechnet, die mit Hilfe der Hounsfield-Skala ausgedrückt werden. 

Zuordnung der Werte nach der Hounsfield-Skala
-1000 Luft, erscheint im Bild schwarz
0 Wasser
1000 (oder höher) Knochen, erscheint im Bild weiß

Den Zahlen dazwischen kann dann ein Grauwert zugeordnet werden.

Letztlich finden also zwei Umrechnungen statt.

Diese sind notwendig, da die spektrale Zusammensetzung der emittierten Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von den Aufnahmeparametern (Röhrenspannung usw.) variiert. Würden die Schwächungswerte direkt dargestellt, wären sie nicht vergleichbar. Vergleiche, auch zwischen verschiedenen Bilddatensätzen, die an unterschiedlichen Geräten erstellt worden sind, sind aber unabdingbar für die Verlaufskontrolle. 

Durch die Umrechnung wird eine Normierung erreicht, welche die Vergleichbarkeit sicherstellt. 
Die zugeordneten Grauwerte bieten eine hohe Bandbreite – ein CT-Gerät kann mehrere tausend Grautöne auflösen. Das menschliche Auge besitzt jedoch nicht die Fähigkeit all diese Graustufen zu differenzieren. Um dem abzuhelfen und die Beurteilung zu erleichtern, existieren die Fensterungen: bei ihnen handelt es sich um einen optimierten Darstellungsbereich („Farbbereich“) für ein Bild. 

Obwohl die CT Röntgenstrahlung nutzt, haben sich zur Beschreibung von Bildveränderungen eigene Begriffe etabliert. In der radiologischen Diagnostik spielt immer die Veränderung gegenüber einer Voraufnahme bzw. gegenüber einem Normalbefund eine Rolle. 

Begriffe zur Beschreibung der Bildveränderungen
hypodens Gewebe, die im Vergleich einen niedrigeren Grad an Absorption aufweisen.
hyperdens Gewebe, die im Vergleich einen höheren Absorptionsgrad aufweisen.
isodens Bildpunkte in Geweben mit gleicher Strahlenabsorption.

Aussagekraft 

Aufgrund der Schichtbilddarstellung und der Möglichkeit zur Verwendung von Kontrastmittel ist die Aussagekraft eines Computertomogramms grundsätzlich sehr hoch. Erhebliche Probleme bereiten jedoch Stoffe, welche Röntgenstrahlung ablenken oder zu stark absorbieren. Bestimmte Implantate (einige Kunststoffe, Metall) können zu massiven Artefakten führen. 

Zudem ist im Zuge der Auswertung die Grenze der Auflösung der CT zu berücksichtigen. So sollten beispielsweise nur tiefer sitzende Lymphknoten in einem Computertomogramm beurteilt werden, wobei auch hier prinzipiell eine hochauflösende MRT vorzuziehen ist. Für oberflächliche Lymphknoten ist die Sonographie Mittel der Wahl, wenngleich die Untersuchung länger dauert und stärker untersucherabhängig ist. 

Vorteile und Nachteile 

Wegen ihrer breiten Verfügbarkeit ist die CT in vielen Fragestellungen diagnostisches Mittel der Wahl. Ihr klarer Vorteil liegt in der sehr schnellen Durchführung der Untersuchung, was sie zur bevorzugten und wesentlichen  Bildgebung bei schwerverletzten Patienten macht. Dies ist dadurch bedingt, dass die Durchführung einer MRT deutlich länger dauert und bestimmte Implantate eine strenge Kontraindikation darstellen. 

Für die Durchführung einer CT gibt es nahezu keine Kontraindikation

Zu den größten Nachteilen zählen die Strahlenexposition und die ggf. geringere Auflösung. Die Weiterentwicklung der Geräte verbessert zwar ihre Auflösung, verringert damit aber nicht die Strahlenexposition. 

Typische Indikationen in der Klinik

Indikationen
Ganzkörper-CT bei Polytrauma Schnellstes Verfahren für einen Gesamtüberblick, Durchführung trotz eventueller metallischer Implantate möglich.
Schädel-CT

V.a. bei Apoplexia cerebri (Schlaganfall), Blutungen oder Frakturen im Schädelbereich:

- Differenzierung von Epi-, Subdural- und Subarachnoidalblutungen
- Unterscheidung ischämischer und hämorrhagischer Schlaganfall

CT-Angiographie [LINK Angiographie] Darstellung von Gefäßveränderungen.
Staging Feststellung der Ausbreitung von Tumoren nahezu aller Körperregionen.
Nasenneben-höhlen-CT Bei einer Vielzahl von Fragestellungen der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Beurteilung des knöchernen Labyrinthes.
Chirurgische Eingriffe Präoperative Planung und postoperative Erfolgsüberprüfung im Rahmen chirurgischer Eingriffe vieler Fachrichtungen.
Lungenaufnahmen Beurteilung der Lungenmorphologie bei nicht ausreichender Aussagekraft in der Thorax-Röntgenaufnahme (insbesondere bei komplexen Fällen und bei Fibrosen).

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Besonderheit von Röntgenaufnahmen bei Kindern 

CT-Aufnahmen bei Kindern stellen eine Besonderheit dar. Abgesehen von der viel strengeren Indikationsstellung ist auch die Befundung anspruchsvoller.

Der kindliche Körper verändert sich im Laufe seiner Reifung, bis das Individuum etwa das 17. / 18. Lebensjahr erreicht hat. Daher werden mit jedem Lebensjahr Normalbefunde anders definiert

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Quellen anzeigen

Quellen: 

  • Kaufmann, G. W. , Moser, E., Sauer, R. (2006). Radiologie (3. Auflauge). München: Urban & Fischer, S. 691 ff., 443 ff.
  • Siewert, J. R., Stein, H. J. (2012). Chirurgie (9. Auflage). Heidelberg: Springer-Verlag, S. 196 ff., 207 ff., 334 ff., 342 ff., 725 ff., 1086 ff., 999 f., 991 ff., 868 ff.
  • Heyer, C. M., Peters, S., Lemburg, S., Nicolas, V. (2007). Einschätzung der Strahlenbelastung radiologischer Thorax-Verfahren: Was ist Nichtradiologen bekannt? RöFo: Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden Verfahren, 179(3), 261-267.
  • Mathews, J. D., Forsythe, A. V., Brady, E. et al. (2013, May 21). Cancer risk in 680 000 people exposed to computed tomography scans in childhood or adolescence: data linkage study of 11 million Australians. Abgerufen von https://www.bmj.com/content/346/bmj.f2360.long.
  • Alkadhi, H., Leschka, S., Stolzmann, P., Scheffel, H. (2011). Wie funktioniert CT? Eine Einführung in Physik, Funktionsweise und klinische Anwendungen der Computertomographie. Heidelberg: Springer Verlag, S. 3 ff., 47 ff., 55 ff., 242 ff.

Text, Review & Layout:

  • Andreas Rheinländer
  • Dr. med. Charlotte Barthe
  • Nicole Gonzalez

Illustration:

  • Leberarterie - radiologischer Schnitt
  • Nasennebenhöhlen - Ansicht von lateral-links - Begoña Rodriguez
© Sofern nicht anders angegeben, sind alle Inhalte, inklusive der Illustrationen, ausschließliches Eigentum der kenHub GmbH. Sie sind durch deutsches und internationales Urheberrecht geschützt. Alle Rechte vorbehalten.

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