Transcript Grundlagen der Computertomographie Dr. André Lachnitt

Grundlagen der
Computertomographie
Dr. André Lachnitt
Vortragsübersicht
• Historie
• Grundlegender Aufbau moderner CT
• Funktionsprinzip CT-Mehrzeilendetektoren
• Sequenzielles CT / Spiral-CT
• Scan-Parameter
• Einflussfaktoren der Strahlenexposition
• Laborparameter, Medikamente
• Notfall
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13.04.2015
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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
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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
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Grundlegender Aufbau moderner CT
D – Detektor
R – Rotationsrichtung
T – Röntgenröhre
X – Strahlenverlauf
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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“
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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
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Funktionsprinzip der Mehrzeilendetektoren
Mehrzeilendetektor:
Nur noch Festkörperdetektoren
1. Szintilatormaterial -> Lichtblitze
2. Fotodioden -> elektrisches Signal
3. 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
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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
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Sequenzielles CT und Spiral-CT
DHC
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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
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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)
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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
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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
• Philips 256
• Siemens 256
• Toshiba 320
0,625 mm
0,625 mm
0,6 mm
0,5 mm
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40 mm
80 mm
38 mm
160 mm
0,35 s
0,27 s
0,28 s
0,35 s
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Scanparameter
Pitch:
Verhältnis des Tischvorschubes pro Vollrotation
der Gantry zur Gesamtkollimation
TS pro Rotation
Pitch =
Kollimation
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.
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Strahlenexposition
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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.
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Einflussfaktoren der Strahlenexposition
Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf
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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
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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
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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.
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Weiterhin wichtig!
Einfluss der Scan-Parameter auf die Bildqualität und den Dosisbedarf
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Bildartefakte
Typische Bildartefakte bei der CT sind:
- Bewegungen des Patienten
- Probleme mit der Messelektronik
- Metallimplantate
- Messfeldüberschreitung
- Artefakte durch Strahlaufhärtung
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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.
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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!
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Wichtige Laborparameter
Niereninsuffizienz - Unterfunktion einer oder beider Nieren.
Es kommt zur Erhöhung der Konzentration von harnpflichtigen Substanzen
(Kreatinin, Harnstoff, Harnsäure und andere) im Blut.
Stadium
GFR
1
> 89
...mit normaler Nierenfunktion
2
60-89
...mit milder Funktionseinschränkung
3
30-59
4
15-29
...mit schwerer Funktionseinschränkung
5
< 15
Chronisches Nierenversagen
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Nierenerkrankung...
Anhand der
glomerulären Filtrationsrate (GFR)
kann man die Niereninsuffizienz
in fünf Schweregrade einteilen:
...mit moderater
Funktionseinschränkung
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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
Good clinical practice
ja
Überprüfung alternativer,
weniger nephrotoxischer
Verfahren/ Kontrastmittel ?
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 Risiko iso-osmolares KM erwägen
-Kontrolle der Nierenfunktion im Zeitraum 48-72h nach KM
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Allergische Kontrastmittelreaktion
Anamnese!
Früh- oder Spätreaktion!
Bis 6h nach KM-Applikation!
Typische Symptome!
DD u.a. Hypervolämie bei KHK
Notfallnummer
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Allergische Kontrastmittelreaktion
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PET-CT?
Dr Klose 2010
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für HELIOS Kliniken Leipziger Land
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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Vielen Dank!
HELIOS Kliniken Leipziger Land
www.helios-kliniken.de
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