Grundlagen der Computertomographie Dr. André Lachnitt

1. Grundlagen der ComputertomographieDr. André Lachnitt

2. Vortragsübersicht • Historie • Grundlegender Aufbau moderner CT • Funktionsprinzip CT-Mehrzeilendetektoren • Sequenzielles CT / Spiral-CT • Scan-Parameter • Einflussfaktoren der Strahlenexposition • Laborparameter, Medikamente • Notfall Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

3. Historie der Computertomographie 1895 - W.C. Röntgen entdeckt eine neue Art von Strahlen, die später nach ihm als Röntgenstrahlen benannt werden 1917 - J.H. Radon entwickelt die mathematischen Grundlagen zur Errechnung von Querschnittsbildern aus Transmissionsmessungen 1972 - G.N. Hounsfield und J. Ambrose erste klinische Untersuchungen mit CT 1975 - Erster Ganzkörpertomograph im klinischen Einsatz 1979 - Verleihung des Nobelpreises an Hounsfield und Cormack 1989 - Erste klinische Untersuchungen mit Spiral-CT 1998- Erste klinische Untersuchungen mit Mehrzeilen-Spiral-CT Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

4. Grundlegender Aufbau moderner CT Hauptkomponenten: Röntgenröhre und Detektor innerhalb mechanischer Grundträger (CT-Gantry) Gantryöffnung: meist 70 cm 90cm „large bore“ z.B. für Strahlentherapie Gesichtsfeld - „field-of-view“ FOV: Transversale Abdeckung des Strahlenfächers -> Größe des Messfeldes -> FOV Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

5. Grundlegender Aufbau moderner CT D – Detektor R – Rotationsrichtung T – Röntgenröhre X – Strahlenverlauf Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

6. Grundlegender Aufbau moderner CT Formfilter: Intensität Rö-Strahlen Zentrum 35-40% Rand 5-10% Ideal für zylindrische Objekte Feste Blende: Streustrahlenminimierung Einstellbare Blende: Einblendung entlang der Körperachse „primäre Kollimation“ Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

7. Grundlegender Aufbau moderner CT Streustrahlenkolliminator: Art Streustrahlenraster 0,1mm starke Metalllamellen (Wolfram), 2,5cm lang, senkrecht zum Detektor Auf Fokuspunkt der Röntgenröhre ausgerichtet Absorption von Streustrahlen nach Körperdurchtritt -> Artefaktminderung Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

8. Funktionsprinzip der Mehrzeilendetektoren • Mehrzeilendetektor: • Nur noch Festkörperdetektoren • Szintilatormaterial -> Lichtblitze • Fotodioden -> elektrisches Signal • Datenakquisitionssystem/ • Korrektur Nachleuchten • Hybriddetektor – differente Breite • Matrix-Array-Detektor – gleiche Breite • Abdeckung größerer Untersuchungsvolumina • Reduktion der Untersuchungsdauer • Verbesserung der (axialen) Auflösung -> isotrope Voxel -> 3D Bildnachverarbeitung Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

9. Sequenzielles CT und Spiral-CT Sequenzieller Modus, „step and shoot“: Akquisition einer Schicht -> Röhre aus, Patiententisch zur nächsten Position Akquisition nächste Schicht… bis Körperregion komplett abgedeckt ist Cave: Zeitverlust, Atemartefakte Aber: breite Detektoren bis 16cm -> eine Rotation -> ein Organ (Herz) Spiral Modus: Kontinuierliche Abtastung des kompletten Volumens in einem Scanvorgang Verschiebung des Patienten gleichmäßig ohne Pause durch das Messfeld Gantry rotiert kontinuierlich um das Isozentrum des Scanners Detektor misst ständig Schwächung der Rö-Strahlung Bildrekonstruktion: Sequenziell -> 360° Rotation -> eine Schicht Spiralmodus -> Beginn und Ende erfassen unterschiedliche Bereiche -> Interpolation des Datensatzes aus dem Volumendatensatz Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

10. Sequenzielles CT und Spiral-CT DHC Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

11. Wichtige Scanparameter • Röhrenspannung: Anliegende Hochspannung zwischen Kathodendraht und Anode, 80-140kV • Röhrenstrom: Steuert Menge der abgestrahlten Röntgenquanten • Gantryrotationszeit: Dauer einer 360° Gantrydrehung • Pitch: Verhältnis des Tischvorschubes pro Vollrotation der Gantry zur Gesamtkollimation Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

12. Scanparameter Erhöhung Rö-Spannung -> Erhöhung Effektivität der Erzeugung der Rö-Strahlen durch stärkere Beschleunigung der Elektronen Verdopplung der Spannung Verdopplung der Grenzenergie Röhrenspannung: Anliegende Hochspannung zwischen Kathodendraht und Anode (80-140kV) Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

13. Scanparameter Röhrenstrom: Steuert Menge der von der Röhre abgestrahlten Röntgenquanten Indirekt über die Temperatur der Kathode Verdopplung des Röhrenstromes Verdopplung Zahl der Elektronen Aber Grenzenergie bleibt gleich Kein Einfluss auf Durchdringungsfähigkeit Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

14. Scanparameter Gantryrotationszeit: Dauer einer 360° Gantrydrehung Schnelle Rotation und gleichzeitige Aufnahme von mehreren Schichten verbessert longitudinale Auflösung und erfasst größere Volumina Firma min. Auflösung Detektorbreite Rotationszeit • GE 64 0,625 mm 40 mm 0,35 s • Philips 256 0,625 mm 80 mm 0,27 s • Siemens 256 0,6 mm 38 mm 0,28 s • Toshiba 320 0,5 mm 160 mm 0,35 s Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

15. TS pro Rotation Pitch = Kollimation Scanparameter Pitch: Verhältnis des Tischvorschubes pro Vollrotation der Gantry zur Gesamtkollimation Pitch = 2 Üblich sind Werte zwischen 0,5 und 2. Pitchfaktoren kleiner 1 für hochauflösende Aufnahmen Werte größer als 2 dürfen nicht eingestellt werden, da das Untersuchungsobjekt andernfalls lückenhaft abgetastet würde. Die Steuersoftware des CT bietet die Anwahl von Pitchfaktoren > 2 nicht an. Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

16. Strahlenexposition Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

17. Einflussfaktoren der Strahlenexposition Eine Erhöhung der Röhrenspannung erhöht bei gleichem Röhrenstrom die Strahlenbelastung für den Patienten. Der Röhrenstrom verhält sich linear zur Dosis, d.h. eine Verdopplung des Röhrenstroms verdoppelt die Strahlenbelastung. Die Strahlenbelastung wird auch wesentlich vom gewählten Pitchfaktor bestimmt. Der Zusammenhang ist linear: Wird der Pitchfaktor bei sonst gleichen Parametern verdoppelt, halbiert sich die Strahlenbelastung. Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

18. Einflussfaktoren der Strahlenexposition Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

19. Einflussfaktoren der Strahlenexposition Overbeaming-Effekt bei CT-Geräten mit Mehrzeilendetektor: Nur die vollständig ausgeleuchteten Detektorzeilen im Zentrum des Detektors können für die Bildgebung verwendet werden. Aufgrund des Halbschatteneffekts („penumbral blurring“) sind die äußeren Reihen des Detektors nicht vollständig ausgeleuchtet, sodass die dort auftreffende Röntgenstrahlung zwar zum Dosisprofil und damit zur Strahlenexposition des Patienten, nicht aber zur Bildentstehung beiträgt Je größer die Anzahl der simultan akquirierten Ausleseschichten bzw. je größer die primäre Kollimation, desto kleiner ist der Overbeaming-Effekt Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

20. Einflussfaktoren der Strahlenexposition Overranging-Effekt in der Spiral-CT: Zur Rekonstruktion der ersten und letzten transversalen Schicht des Untersuchungsvolumens (Bildbereich) werden an jedem Ende der Untersuchungsregion die Projektionsdaten einer weiteren halben Rotation oder sogar einer Vollrotation zur Interpolation benötigt. Dadurch werden die an das Untersuchungsvolumen angrenzenden Regionen direkt strahlenexponiert, ohne dass Bilddaten dieser Bereiche rekonstruiert werden können. Dieser Effekt wird auch als z-Overscanning bezeichnet Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

21. Einflussfaktoren der Strahlenexposition • Prinzip der Röhrenstrommodulation in der CT: • Koronarer Schnitt • Röhrenstrom als Funktion der Position entlang der • Körperlängsachse (schwarz, z-Richtung) • Abhängigkeit der sehr verschiedenen Gesamtschwächung • von der Anatomie des jeweiligen Körperabschnitts • Aufnahme eines CT-Datensatzes mit annähernd • konstantem Rauschen in allen Bildern • - geringe Gesamtschwächung im Thorax • vergleichsweise niedriger Röhrenstrom • in Bereichen mit stark absorbierenden Strukturen • (hier z. B. im Bereich der Hüftköpfe) viel höhere Röhrenströme erforderlich. • Zusätzlich Modulation des Röhrenstroms als Funktion des Projektionswinkels • (weiß, x-y-Modulation in der Scan-Ebene), • - zwischen den Minima für Projektionen geringster (in den Röhrenpositionen a. p. bzw. p. a.) • und den Maxima für Projektionen größter Absorption (laterale Röhrenpositionen) • Für einen CT-Scan mit konstantem Röhrenstrom wäre die schwarze Linie • ein Maß für das Rauschniveau in den anatomischen Regionen entlang der Körperlängsachse. Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

22. Weiterhin wichtig! Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

23. Bildartefakte Typische Bildartefakte bei der CT sind: - Bewegungen des Patienten - Probleme mit der Messelektronik - Metallimplantate - Messfeldüberschreitung - Artefakte durch Strahlaufhärtung Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

24. Wichtige Laborparameter Schilddrüsenhormone -> Hyperthyreose -> Minimierung thyreotroper Regelkreis -> Reduktion TSH. Als Screening-Parameter eignet sich daher die alleinige Bestimmung des basalen TSH-Spiegels im Blut. Ist TSH normal, auf eine weitere Bestimmung der freien Schilddrüsenhormone verzichten. Beweisend für eine manifeste Hyperthyreose -> Erhöhung des freien Trijodthyronin (fT3) -> oder des Thyroxin (fT4) zusammen mit einer Erniedrigung des TSH-Spiegels. Bei der Interpretation der Laborergebnisse ist zu beachten, dass es isolierte T3-Hyperthyreosen ohne erhöhtes fT4 gibt, bei extremem Jodmangel der TSH-Spiegel normal, aber das fT3 erhöht und fT4 erniedrigt, sowie bei einer latenten oder kompensierten Hyperthyreose trotz normalen fT3 und fT4 Spiegel, der basale TSH-Spiegel erniedrigt sein kann. Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

25. Was tun? • Notfall: • 30min vor CT 40 Tpf Irenat, nach 2h weitere 25 Tpf, 1Wo 3x15 Tpf/d • Latente Hyperthyreose: • 2h bis 4h vor CT 25 Tpf Irenat, nach 2h weitere 25 Tpf, 1Wo 3x15 Tpf/d • Manifeste Hyperthyreose: • KM nur bei vitaler Indikation • 2 bis 4h vor CT 25 Tpf Irenat + 40mg Thiamazol • nach 2h bis 4h weitere 25 Tpf • 1Wo bis 10d 3x15 Tpf/d + 40mg Thiamazol/d • engmaschige Laborkontrolle notwendig! • klinische Kontrolle wichtig! Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

26. Wichtige Laborparameter Niereninsuffizienz - Unterfunktion einer oder beider Nieren. Es kommt zur Erhöhung der Konzentration von harnpflichtigen Substanzen (Kreatinin, Harnstoff, Harnsäure und andere) im Blut. Anhand der glomerulären Filtrationsrate (GFR) kann man die Niereninsuffizienz in fünf Schweregrade einteilen: Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

27. Was tun? Patient vor Gabe jodhaltiger Kontrastmittel aktuelle Abschätzung der GFR nach MDRD-Formel / Tabelle Modifikation of Diet in Renal Disease ja Good clinical practice GFR>60ml/Min nein Überprüfung alternativer, weniger nephrotoxischer Verfahren/ Kontrastmittel ? ja Good clinical practice nein • Pausieren potentiell nephrotox. Medikamente (NSAR, Diuretika, Metformin, fakultativ ACE-I od. ARB) • 2x1,2g ACC p.o. tgl. (keine i.v.-Gabe) • 1ml/kg KG*h NaCl 0,9% i.v. 12h vor und nach KM, im Notfall: 3ml/kg KG*h physiol. NaHCO3 1 Stunde vor und 1ml/kg KG*h für 6h nach KM (Cave: Volumenstatus) • niedrigst mögliche Dosis eines niedrig-osmolaren KM, bei hohem Risikoiso-osmolares KM erwägen • Kontrolle der Nierenfunktion im Zeitraum 48-72h nach KM Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

28. Allergische Kontrastmittelreaktion Anamnese! Früh- oder Spätreaktion! Bis 6h nach KM-Applikation! Typische Symptome! DD u.a. Hypervolämie bei KHK Notfallnummer Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

29. Allergische Kontrastmittelreaktion Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

30. PET-CT? 29 Dr Klose 2010 für HELIOS Kliniken Leipziger Land Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

31. Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt

32. HELIOS Kliniken Leipziger Land Vielen Dank! www.helios-kliniken.de Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt