Grundlagen der Computertomographie Dr. André Lachnitt

Grundlagen der Computertomographie

Dr. André Lachnitt

2Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt 21.04.23

Vortragsübersicht

• Historie

• Grundlegender Aufbau moderner CT

• Funktionsprinzip CT-Mehrzeilendetektoren

• Sequenzielles CT / Spiral-CT

• Scan-Parameter

• Einflussfaktoren der Strahlenexposition

• Laborparameter, Medikamente

• Notfall


Historie der Computertomographie1895 - 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


Grundlegender Aufbau moderner CT

Hauptkomponenten: Röntgenröhre und Detektor innerhalb mechanischer Grundträger (CT-Gantry)

Gesichtsfeld - „field-of-view“ FOV:

Transversale Abdeckung des Strahlenfächers -> Größe des Messfeldes-> FOV

Gantryöffnung:meist 70 cm

90cm „large bore“z.B. für Strahlentherapie



D – DetektorR – RotationsrichtungT – RöntgenröhreX – Strahlenverlauf



Feste Blende:Streustrahlenminimierung

Einstellbare Blende:Einblendung entlang der Körperachse„primäre Kollimation“

Formfilter:Intensität Rö-Strahlen

Zentrum 35-40%Rand 5-10%

Ideal für zylindrischeObjekte



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


Funktionsprinzip der Mehrzeilendetektoren

Mehrzeilendetektor:Nur noch Festkörperdetektoren1. Szintilatormaterial -> Lichtblitze2. Fotodioden -> elektrisches Signal3. Datenakquisitionssystem/ Korrektur Nachleuchten

Hybriddetektor – differente BreiteMatrix-Array-Detektor – gleiche Breite

Abdeckung größerer UntersuchungsvoluminaReduktion der UntersuchungsdauerVerbesserung der (axialen) Auflösung -> isotrope Voxel -> 3D Bildnachverarbeitung


Sequenzielles CT und Spiral-CT

Sequenzieller Modus, „step and shoot“:Akquisition einer Schicht -> Röhre aus, Patiententisch zur nächsten PositionAkquisition nächste Schicht… bis Körperregion komplett abgedeckt ist

Cave: Zeitverlust, AtemartefakteAber: breite Detektoren bis 16cm -> eine Rotation -> ein Organ (Herz)

Spiral Modus:Kontinuierliche Abtastung des kompletten Volumens in einem ScanvorgangVerschiebung des Patienten gleichmäßig ohne Pause durch das MessfeldGantry rotiert kontinuierlich um das Isozentrum des ScannersDetektor misst ständig Schwächung der Rö-Strahlung

Bildrekonstruktion:Sequenziell -> 360° Rotation -> eine SchichtSpiralmodus -> Beginn und Ende erfassen unterschiedliche Bereiche -> Interpolation des Datensatzes aus dem Volumendatensatz


Sequenzielles CT und Spiral-CT

DHC


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


Scanparameter

Röhrenspannung:Anliegende Hochspannung zwischen Kathodendraht und Anode (80-140kV)

Erhöhung Rö-Spannung ->

Erhöhung Effektivität der Erzeugungder Rö-Strahlen durch stärkere Beschleunigung der Elektronen

Verdopplung der SpannungVerdopplung der Grenzenergie


Scanparameter

Röhrenstrom:Steuert Menge der von der Röhre abgestrahlten Röntgenquanten

Indirekt über die Temperatur der Kathode

Verdopplung des RöhrenstromesVerdopplung Zahl der ElektronenAber Grenzenergie bleibt gleich

Kein Einfluss auf Durchdringungsfähigkeit


Gantryrotationszeit:Dauer einer 360° Gantrydrehung

Schnelle Rotation und gleichzeitige Aufnahme von mehreren Schichtenverbessert longitudinale Auflösung underfasst größere Volumina

Scanparameter

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


Scanparameter

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.

Pitch:Verhältnis des Tischvorschubes pro Vollrotation der Gantry zur Gesamtkollimation

TS pro RotationPitch =

Kollimation

Pitch = 2


Strahlenexposition


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.



Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf


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



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



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.


Weiterhin wichtig!

Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf


Bildartefakte

Typische Bildartefakte bei der CT sind:- Bewegungen des Patienten- Probleme mit der Messelektronik- Metallimplantate- Messfeldüberschreitung- Artefakte durch Strahlaufhärtung


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.


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!


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:

Stadium GFR Nierenerkrankung...

1 > 89 ...mit normaler Nierenfunktion

2 60-89 ...mit milder Funktionseinschränkung

3 30-59 ...mit moderater Funktionseinschränkung

4 15-29 ...mit schwerer Funktionseinschränkung

5 < 15 Chronisches Nierenversagen


Was tun?

Patient vor Gabe jodhaltiger Kontrastmittel

aktuelle Abschätzung der GFR nach MDRD-Formel / Tabelle

GFR>60ml/Min

Überprüfung alternativer,weniger nephrotoxischer

Verfahren/ Kontrastmittel ?Good clinical practice

-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 Risiko iso-osmolares KM erwägen-Kontrolle der Nierenfunktion im Zeitraum 48-72h nach KM

Good clinical practice

nein

nein

ja

ja

Modifikation of Diet in Renal Disease


Allergische Kontrastmittelreaktion

Anamnese!

Früh- oder Spätreaktion!

Bis 6h nach KM-Applikation!

Typische Symptome!

DD u.a. Hypervolämie bei KHK

Notfallnummer


Allergische Kontrastmittelreaktion

30Grundlagen CT, Dr. André Lachnitt 21.04.23Dr Klose 2010für HELIOS Kliniken Leipziger Land

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PET-CT?


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!


www.helios-kliniken.de

Vielen Dank!HELIOS Kliniken Leipziger Land

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