Hatem Alkadhi · Sebastian Leschka · Paul Stolzmann Hans Scheffel Wie funktioniert CT? Eine Einführung in Physik, Funktionsweise und klinische Anwendungen der Computertomographie
Hatem Alkadhi · Sebastian Leschka · Paul Stolzmann Hans Scheffel
Wie funktioniert CT? Eine Einführung in Physik, Funktionsweise und klinische Anwendungen der Computertomographie
Mit 123 Abbildungen in 194 Einzeldarstellungen
123
PD Dr. med. Hatem Alkadhi, MPH Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie Universitätsspital Zürich Rämistrasse 100 8091 Zürich, Schweiz
[email protected] PD Dr. med. Paul Stolzmann Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie Universitätsspital Zürich Rämistrasse 100 8091 Zürich, Schweiz
[email protected] PD Dr. med. Sebastian Leschka Institut für Radiologie Kantonsspital St. Gallen Rorschacher Strasse 95 9007 St. Gallen, Schweiz
[email protected] PD Dr. med. Hans Scheffel Radiologische Praxis am Diakoniekrankenhaus Mannheim Speyerer Straße 91 68163 Mannheim, Deutschland
[email protected] ISBN 978-3-642-17802-3 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer Medizin Springer-Verlag GmbH ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Planung: Peter Bergmann, Heidelberg Projektmanagement: Christiane Beisel, Heidelberg Lektorat: Sabine Thürk, Berlin Zeichnungen: Ingrid Schobel, München Layout und Umschlaggestaltung: deblik Berlin Satz, Reproduktion und digitale Bearbeitung der Abbildungen: Fotosatz-Service Köhler GmbH – Reinhold Schöberl Würzburg SPIN: 80017047 Gedruckt auf säurefreiem Papier
V
Vorwort Wie funktioniert eigentlich die CT? Diese Frage wird in Anbetracht der zunehmenden Komplexität der Computertomographie immer häufiger gestellt. Daher haben wir uns entschlossen, unser Verständnis vom Aufbau, von der Funktionsweise und von den spezifischen Anwendungen dieser faszinierenden bildgebenden Methode in diesem Buch zusammen zu fassen. Es sei vorweg gesagt, dass die zugrundeliegenden physikalischen und mathematischen Hintergründe der Computertomographie um einiges komplizierter sind, als in diesem Buch zusammen gefasst. Nichts desto trotz beinhaltet unser Buch einen für den praktizierenden Radiologen in Weiter- und Fortbildung sowie für MTRAs grundlegenden Überblick über die aktuelle Technik, Physik und Bildgeneration in der Computertomographie, sowie über allgemeine wie auch spezielle Anwendungen (wie z.B. die CT-Perfusion oder die Bildgebung mittels dual-energy). Des Weiteren widmen sich mehrere Kapitel der Sicherheit und möglichen Risiken der Computertomographie, welche vor allem Aspekte des Strahlenschutzes und die Verwendung jodhaltiger Kontrastmittel thematisieren. Für den täglichen Gebrauch dieses Buches erachten wir als besonders wertvoll die vielen Checklisten für die Befundung von Computertomographie-Untersuchungen sämtlicher Körperregionen sowie das technische Glossar, welches die wichtigsten physikalischen Begriffe aus der Computertomographie verständlich und prägnant formuliert auflistet. Um die Computertomographie auf verständliche Art und Weise zu vermitteln haben wir zahlreiche illustrative Bilder und Zeichnungen, viele zusammenfassende Tabellen sowie Tipps und Tricks zu jedem einzelnen Thema zusammen gestellt. Die übersichtliche Gliederung des Buches und die Aufteilung in mehrere kurze Kapitel erlaubt das Erlernen und Nachlesen der relevanten Fakten durch reines Lesen sowie auch das schnelle Nachschlagen von Informationen vor, während und nach der Untersuchung in der klinischen Routine am Arbeitsplatz. Wir hoffen, Ihnen mit diesem Buch eine Anleitung geschaffen zu haben, die Ihnen ein wertvoller Begleiter an Ihrem Arbeitsplatz wird. Wir bedanken uns bei allen, die uns beim Anfertigen dieses Werkes mit Rat und Tat zur Seite gestanden haben. Zürich und Boston, April 2011 Hatem Alkadhi Sebastian Leschka Paul Stolzmann Hans Scheffel
VII
Inhaltsverzeichnis I
1
Aufbau, Physik und Bildgeneration in der Computertomographie Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken . .
3
Thomas Flohr
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bildrekonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Röntgen-Absorptions-koeffizienten im CT-Bild CT-Scanner-Generationen . . . . . . . . . . . . . . Spiral-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mehrschicht-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dual-Source-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . .
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4 4 5 7 7 9 10 12 13
2
Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
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Thomas Flohr
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
3
Aufbau eines CT-Geräts . . . . . . Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . Röntgenstrahler und Generator Gantry und Patiententisch . . . . Weiterführende Literatur . . . . .
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16 16 19 21 22
Protokollparameter und Bildqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
Paul Stolzmann und Robert Götti
3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5
Einleitung . . . . . . . . . . . Protokollparameter . . . . Akquisitionsparameter . . . Rekonstruktionsparameter . Aufnahmeverfahren . . . . Bildqualität . . . . . . . . . . Das Bild . . . . . . . . . . . . . Die Qualitätsparameter . . . Weiterführende Literatur .
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24 24 24 25 26 26 26 27 29
4
Erkennung und Vermeidung von Artefakten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
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Nicola Glaser-Gallion, Paul Stolzmann
4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . Einteilung der Artefakte . . . Artefakte . . . . . . . . . . . . . Physikalische Artefakte . . . . . Patientenverursachte Artefakte
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32 32 32 32 35
VIII
Inhaltsverzeichnis
4.3.3 4.3.4 4.4
CT-System-basierte Artefakte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rekonstruktionsartefakte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37 39 39
5
Postprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
Jürgen Fornaro
5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-D-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . Multiplanare Reformation . . . . . . . . Projektion der maximalen Intensität . . 3-D-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . Indirekte Volumendarstellungstechnik Direkte Volumendarstellungstechnik . Weiterführende Literatur . . . . . . . .
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42 42 42 44 45 45 45 46
6
Patientenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
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Elisabeth Wismer
6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.5 6.5.1 6.5.2 6.6 6.7
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrastmittel . . . . . . . . . . . . . . . . Orales Kontrastmittel . . . . . . . . . . . . Rektales Kontrastmittel . . . . . . . . . . . Intravenöses Kontrastmittel . . . . . . . . Venöser Zugang . . . . . . . . . . . . . . . Venenverweilkanülen/Portsysteme . . . Material zur Venenpunktion . . . . . . . . Komplikationen bei der Venenpunktion Kontrastmittelinjektor . . . . . . . . . . Bolustracking . . . . . . . . . . . . . . . . . Testbolus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwendung von Spasmolytika . . . . Glucagon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Buthylscopolamin . . . . . . . . . . . . . . Patientenlagerung . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . .
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48 48 48 49 49 49 49 50 51 51 52 52 52 52 53 53 53
7
Bilddatenmanagement RIS/PACS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bernhard Asendorf und Simon Wildermuth
55
7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konzeptionelle Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . Anforderungen aus Sicht des Radiologen . . . . . . . . . . . . Anforderungen aus Sicht der MTRA . . . . . . . . . . . . . . . . Anforderungen aus Sicht des Orthopäden und Chirurgen . . Anforderungen aus Sicht der Gesundheitsinstitution (Klinik) Funktionale Module eines RIS/PACS . . . . . . . . . . . . . . . Relevanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hanging-Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snapshots/Zusammenfassungsserien . . . . . . . . . . . . . . . Technische Komponenten eines PACS . . . . . . . . . . . . .
56 56 56 57 57 57 58 58 59 59 59
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IX Inhaltsverzeichnis
7.4.1 7.4.2
PACS-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59 63
7.5
Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
II Allgemeine Anwendungen 8
Schädel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
Hans Scheffel
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.6.1 8.7 8.8
9
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsmodi . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle CT-Untersuchung . . . . . . . CT-Angiographie . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . .
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68 68 68 68 68 68 68 71 72
Kopf-Hals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
Hans Scheffel
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle CT-Untersuchung der Kopf-Hals-Region Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . .
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74 74 74 74 74 77 79 79 80
10
Thorax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sebastian Leschka und Hatem Alkadhi
81
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.6.1 10.6.2 10.6.3 10.7 10.8
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsmodi . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle CT-Untersuchung des Thorax . HR-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CT-Pulmonalisangiographie . . . . . . . . . CT-Aortographie . . . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . .
82 82 82 82 82 84 84 86 86 87 88
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X
11
Inhaltsverzeichnis
Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt . . . . . . . . . .
89
Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.5.1 11.5.2 11.5.3 11.5.4 11.5.5 11.6
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche . . Leber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Milz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pankreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nebennieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gastrointestinaltrakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Nieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
101
12.1 12.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.4 12.5 12.6 12.7
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrastmittelphasen bei der CT des Urogenitaltrakts . . . . . . . . . . Charakteristika der einzelnen Kontrastmittelphasen des Urogenitaltrakts Welche Kontrastmittelphase für welche Indikation? . . . . . . . . . . . . . . Kombinierte Kontrastmittelphasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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102 102 102 102 104 104 104 105 105 107
13
CT-Angiographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
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. . . . . . . 90 . . . . . . . 90 . . . . . . . 90 . . . . . . . 90 . . . . . . . . 90 . . . . . . . 90 . . . . . . . 95 . . . . . . . 96 . . . . . . . 96 . . . . . . . 98 . . . . . . . 100
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Sebastian Schindera und Zsolt Szücs-Farkas
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untersuchungsphasen . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle CTA-Untersuchungen . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . .
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110 110 110 110 110 113 115 115
14
CT-Pulmonalisangiographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117
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Zsolt Szücs-Farkas und Sebastian Schindera
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vor- und Nachteile der CT zur Lungenemboliediagnostik Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . . . . . . CT-Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Untersuchungstechniken . . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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118 118 118 118 118 120 121 121
XI Inhaltsverzeichnis
15
Herz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123
Sebastian Leschka und Lotus Desbiolles
15.1 15.1.1 15.1.2 15.2 15.3 15.4 15.4.1 15.4.2 15.5 15.6 15.6.1 15.6.2 15.7 15.8
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was ist besonders an der CT des Herzens? . . . . . . . . . . . . . . . Technische Voraussetzungen für die CT-Bildgebung des Herzens . Vorbereitung und Ablauf der CT-Untersuchung des Herzens . Akquistionsmodi bei der Herz-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcium-Scoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messmethoden für die Koronarverkalkung . . . . . . . . . . . . . . . Interpretation des Calcium-Scores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CT-Koronarangiographie – Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . Datenrekonstruktion und sekundäre Reformationen . . . . . . Datenrekonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sekundäre Reformationsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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124 124 124 124 126 127 127 129 129 130 130 130 130 131
16
Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie . . . . . . . . . . . . . . . . . .
133
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Maciej Jonczy und Christian W. A. Pfirrmann
16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.6.1 16.6.2 16.6.3 16.6.4 16.7 16.7.1 16.7.2 16.7.3 16.7.4 16.7.5 16.8 16.9 16.10
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Postprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arthrographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Obere Extremität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schulter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ellbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torsionsmessung der Ulna und des Radius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Handgelenk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Untere Extremität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hüftgelenk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beinlängenmessung, Rotation Femur und Tibia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rotationsmessung der Prothesenkomponenten nach Knie-Totalendoprothese TAGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberes Sprunggelenk (OSG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CT-Myelographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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134 134 134 134 135 135 135 136 137 138 142 142 142 144 145 146 147 150 151
17
Polytrauma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
153
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Hatem Alkadhi und Thomas Frauenfelder
17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definition Polytrauma . . . . . . . . . . . . . Management des Polytraumas . . . . . . . Einsatz der Radiologie beim Polytrauma . Indikationen zur Ganzkörper-CT . . . . . . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rekonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . .
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154 154 154 154 155 155 156
XII
Inhaltsverzeichnis
17.8 17.9 17.10 17.11
Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . Systematische Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . Strahlendosisaspekte bei der Ganzkörper-CT Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . .
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158 160 161 162
Dual-Energy-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
165
III Spezielle Anwendungen 18
Paul Stolzmann und Robert Götti
18.1 18.2 18.3 18.3.1 18.3.2 18.3.3 18.3.4 18.4 18.4.1 18.4.2 18.4.3 18.5
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dual-Source-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rapider Wechsel der Röntgenspannungen (Rapid kVp-Switching) . Energiesensitive Detektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technische Überlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Applikationen der Dual-Energy-CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dekomposition in 2 Substanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dekomposition in 3 Substanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Klinische Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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166 166 167 167 167 167 167 169 170 170 170 170
19
CT-Kolonographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
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Jürgen Fornaro und Lotus Desbiolles
19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6
Einleitung . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . Patientenvorbereitung . . Untersuchungstechnik . . Auswertung . . . . . . . . . Weiterführende Literatur .
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174 174 174 175 176 178
20
CT-Perfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
179
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Robert Götti und Hatem Alkadhi
20.1 20.2 20.3 20.3.1 20.3.2 20.3.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Klinische Anwendung: Hirnperfusion bei ischämischem Hirninfarkt . . . . . . . . . . Forschungsanwendung: Leber- und Nierenperfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forschungsanwendung: Onkologische Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagnostische Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Untersuchungstechniken: Erweiterung des Untersuchungsvolumens Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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180 180 181 181 181 181 181 183 184 184 186
XIII Inhaltsverzeichnis
21
CT-gesteuerte Interventionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
187
Lukas Hechelhammer
21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.6.1 21.6.2 21.6.3 21.6.4 21.7
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Patientenvorbereitung und -lagerung . . . . . Postinterventionelle Patientenüberwachung Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Untersuchungstechniken . . . . . . . Inklination der Gantry . . . . . . . . . . . . . . . . . Atemlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aero- und Hydrodissektion . . . . . . . . . . . . . Koaxiale Nadeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . .
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188 188 188 190 190 191 191 191 191 192 193
Strahlenexposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
197
IV Sicherheit und Risiken 22
Paul Stolzmann
22.1 22.2 22.3 22.4
23
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parameter der Strahlenexposition . . . . . . . . . . . . Strahlenexposition und kanzerogenetisches Risiko Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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198 198 199 200
Strategien zur Strahlendosisreduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
201
Paul Stolzmann und Hatem Alkadhi
23.1 23.2 23.2.1 23.2.2 23.2.3 23.3 23.4 23.4.1 23.4.2 23.5
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundsätze des Strahlenschutzes . . . . . . . . . . . . . . Rechtfertigung der Strahlenexposition . . . . . . . . . . . . Optimierung der Strahlenexposition gem. ALARA-Prinzip Diagnostische Referenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gerätespezifische Einflussfaktoren . . . . . . . . . . . . . Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA . . . . . . . . Parameterspezifische Strategien zur Dosisreduktion . . . . Protokollspezifische Strategien zur Dosisreduktion . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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202 202 202 202 202 203 203 204 208 208
24
CT in der Schwangerschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
209
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Hatem Alkadhi
24.1 24.2 24.2.1 24.2.2 24.3 24.4 24.4.1
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strahlendosisaspekte einer CT in der Schwangerschaft Teratogenese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Karzinogenese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gesetzliche Bestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorsichtsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vor der Computertomographie . . . . . . . . . . . . . . . . .
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210 210 210 211 211 212 212
XIV
Inhaltsverzeichnis
24.4.2 24.5 24.5.1 24.5.2 24.5.3 24.5.4 24.5.5 24.6 24.7
Während der Computertomographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikationen für eine Computertomographie in der Schwangerschaft . . . . . . . . . . Diagnostik der Lungenembolie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trauma in der Schwangerschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nierenkolik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Akute Appendizitis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pelvimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ungewollte Computertomographie des Abdomens/Beckens in der Schwangerschaft Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212 212 213 213 214 214 214 214 215
25
Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel . . . . . . . . . . . . . . . .
217
Hatem Alkadhi
25.1 25.2 25.3 25.3.1 25.3.2 25.3.3 25.4 25.5 25.6 25.7 25.7.1 25.8 25.9 25.10
26
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Klassifikation der unerwünschten Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Akute generalisierte Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prädisponierende Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Behandlung von akuten unerwünschten Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prophylaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verzögerte generalisierte Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hauttests zur Diagnose der Hypersensitivität auf jodhaltige Kontrastmittel . . . . Extravasation von Kontrastmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prophylaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jodhaltiges Kontrastmittel und Bronchialsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrastmittel und katecholaminproduzierende Tumoren . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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218 218 219 219 219 220 221 221 222 222 223 224 224 224
Kontrastmittelinduzierte Nephropathie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
227
Hatem Alkadhi
26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8 26.9 26.10 26.11 26.12
27
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inzidenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Injektionsroute des jodhaltigen KM . . . . . . . . . . . . . . . Osmolarität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prädisponierende Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prävention der kontrastmittelinduzierten Nephropathie . Risikoscreening für eine KM-induzierte Nephropathie . . Dialyse zur Prävention der KM-induzierten Nephropathie Metformin und das Risiko einer Laktatazidose . . . . . . . . Gadolinium als Alternative zu jodhaltigem KM . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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228 228 228 228 228 229 229 229 231 231 231 232
Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit . . . . . . . . . . . .
233
Johannes M. Fröhlich und Rahel A. Kubik-Huch
27.1 27.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anatomisch-physiologische Grundlagen für den Kontrastmittelübertritt in die fetale Zirkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
234 234
XV Inhaltsverzeichnis
27.2.1 27.2.2 27.2.3 27.2.4
Mütterlich-fetaler Blutkreislauf . . . . . . . . . . . . Stoffaustausch in der Plazenta . . . . . . . . . . . . Plazentapassage von jodhaltigen Kontrastmitteln Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion . . . . .
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234 234 235 236
27.3 27.4 27.4.1 27.5 27.6
Pathophysiologische Grundlagen des Kontrastmittelübertritts in die Muttermilch . . Potenzielle schädigende Auswirkungen auf das ungeborene oder neugeborene Kind Intrauterine Exposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktuelle Empfehlungen bzgl. Kontrastmittelgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
237 237 237 238 239
28
CT bei Kindern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
241
Peter Waibel und Sebastian Leschka
28.1 28.2 28.3 28.3.1 28.3.2 28.3.3 28.4 28.5 28.6
Besonderheiten der CT-Untersuchung bei Kindern . Indikationen für die CT-Untersuchung bei Kindern . Besonderheiten der Patientenvorbereitung . . . . . Aufklärung des Kindes über die Untersuchung . . . . . Vorbereitung des Kindes für die Untersuchung . . . . . Sedierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßnahmen zur Reduktion der Strahlenexposition CT-Protokolle zur Verwendung bei Kindern . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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242 242 243 243 243 244 245 245 247
29
Checklisten zur systematischen Bildanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
249
30
Glossar technischer Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
261
31
Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
267
Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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XVII
Autorenverzeichnis PD Dr. Hatem Alkadhi, MPH
Dr. Lukas Hechelhammer
Institut für Diagnostische und Inverventionelle Radiologie Universitätsspital Zürich Rämistrasse 100 8091 Zürich Schweiz
[email protected] Stadtspital Waid Tièche-Strasse 99 8037 Zürich Schweiz
[email protected] PD Dr. Thomas Flohr
Siemens Healthcare Computed Tomography CTE PA 91301 Forchheim
[email protected] Dr. Jürgen Fornaro
Institut für Radiologie Kantonsspital St. Gallen Rorschacher Strasse 95 9007 St. Gallen Schweiz
[email protected] Dr. sc.nat. Johannes M. Fröhlich
Scientific Affairs Manager GUERBET AG Winterthurerstrasse 92 8006 Zürich Schweiz
[email protected] Dr. Robert Götti
Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie Universitätsspital Zürich Rämistrasse 100 8091 Zürich Schweiz
[email protected] Prof. Dr. med. Rahel Kubik-Huch
Institut für Radiologie Kantonsspital Baden AG 5404 Baden Schweiz
[email protected] PD Dr. Sebastian Leschka
Institut für Radiologie Kantonsspital St. Gallen Rorschacher Strasse 95 9007 St. Gallen Schweiz
[email protected] Prof. Dr. Christian Pfirrmann
Uniklinik Balgrist Forchstrasse 340 8008 Zürich Schweiz
[email protected] PD Dr. med. Hans Scheffel
Radiologische Praxis am Diakoniekrankenhaus Mannheim Speyerer Straße 91 68163 Mannheim
[email protected] PD Dr. med. Sebastian Schindera
Institut für Diagnostische, Interventionelle u. Pädiatrische Radiologie Inselspital Bern 3010 Bern Schweiz
[email protected] XVIII
Autorenverzeichnis
PD Dr. Paul Stolzmann
Institut für Diagnostische und Inverventionelle Radiologie Universitätsspital Zürich Rämistrasse 100 8091 Zürich Schweiz
[email protected] PD Dr. med. Zsolt Szücs-Farkas
Institut für Diagnostische, Interventionelle und Pädiatrische Radiologie Inselspital Bern 3010 Bern Schweiz
[email protected] PD Dr. Simon Wildermuth
Institut für Radiologie Kantonsspital St. Gallen Rorschacher Strasse 95 9007 St. Gallen Schweiz
[email protected] Elisabeth Wismer
Leitende MTRA Computertomographie Institut für Radiologie Haus 3 Kantonsspital St. Gallen Rorschacher Strasse 95 9007 St. Gallen Schweiz
I
Aufbau, Physik und Bildgeneration in der Computertomographie Kapitel 1
Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken – 3 Thomas Flohr
Kapitel 2
Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry Thomas Flohr
Kapitel 3
Protokollparameter und Bildqualität Paul Stolzmann und Robert Götti
Kapitel 4
Erkennung und Vermeidung von Artefakten Nicola Glaser-Gallion, Paul Stolzmann
Kapitel 5
Postprocessing Jürgen Fomaro
Kapitel 6
Patientenvorbereitung Elisabeth Wismer
Kapitel 7
Bilddatenmanagement RIS/PACS – 55 Bernhard Asendorf, Simon Wildermuth
– 15
– 23
– 41
– 47
– 31
1
Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken Thomas Flohr
1.1
Einleitung
–4
1.2
Messprinzip
1.3
Bildrekonstruktion
1.4
Röntgen-Absorptions-koeffizienten im CT-Bild
1.5
CT-Scanner-Generationen
1.6
Spiral-CT
1.7
Mehrschicht-CT
– 10
1.8
Dual-Source-CT
– 12
1.9
Weiterführende Literatur
–4 –5
–7
–9
– 13
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_1, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
–7
1
4
Kapitel 1 · Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken
1.1
Einleitung
Die Röntgen-Computertomographie wurde Anfang der 70er-Jahre des vergangenen Jahrhunderts in die klinische Praxis eingeführt. Ihr Entwickler, Sir Godfrey Hounsfield, erhielt dafür 1979 den Nobelpreis für Medizin. Konventionelle Röntgen-Durchleuchtungsaufnahmen stellen immer Überlagerungsbilder aller durchstrahlten Strukturen dar mit nur geringer Auflösung von Weichteilkontrasten. Sie eignen sich deshalb im Wesentlichen für die Abbildung von Objekten mit hohem Kontrast wie Knochen. Mit der Computertomographie (CT) dagegen können überlagerungsfreie Schichtbilder der Anatomie des Patienten erzeugt werden. Auch kleine Dichteunterschiede, z. B. zwischen unterschiedlichen Weichgewebetypen, werden deutlich wiedergegeben. Die Computertomographie hat sich deshalb rasch verbreitet und weiter entwickelt. Sie stellt heute ein unverzichtbares Routinediagnoseinstrument für den Radiologen dar. > Konventionelle Röntgen-Durchleuchtungsaufnahmen liefern Überlagerungsbilder aller durchstrahlten Strukturen mit geringer Dichteauflösung. CT-Aufnahmen liefern überlagerungsfreie Schichtbilder der Anatomie mit guter Dichteauflösung.
1.2
Messprinzip
In der Computertomographie bestimmt man die Röntgen-Absorptionskoeffizienten in einer Matrix von gleich großen Volumenelementen, den sog. Voxeln, innerhalb einer durchstrahlten Schicht des Patienten. Die typische Schichtdicke beträgt 0,5– 10 mm. Der mittlere Röntgen-Absorptionskoeffizient μ innerhalb eines Voxels wird in einen Grauwert übersetzt, der im betreffenden Pixel des 2-dimensionalen CT-Bildes dargestellt wird. Typischerweise besteht ein CT-Bild aus 512 × 512 Pixeln, jedes mit einer Größe von 0,2 × 0,2 mm2 bis etwa 1 × 1 mm2. Das entspricht einem Messfeld von 100–500 mm Durchmesser (. Abb. 1.1). Zur Bestimmung der lokalen Röntgen-Absorptionskoeffizienten μ misst man die Röntgenschwä-
. Abb. 1.1 In einem CT-Bild werden die lokalen RöntgenAbsorptionskoeffizienten einer durchstrahlten Schicht des Patienten in einer Matrix von Pixeln dargestellt
chung des Patienten entlang dünner Nadelstrahlen aus vielen verschiedenen Richtungen innerhalb der gewünschten Schichtebene. Ein Detektor zeichnet die geschwächte Intensität I jedes Nadelstrahls auf, nachdem er den Körper des Patienten durchquert hat. Jedes Objekt auf dem Weg des Röntgenstrahls reduziert dessen Intensität. Diese folgt dem exponentiellen Schwächungsgesetz, das bei Annahme eines homogenen Objekts aus einer einzigen schwächenden Substanz (z. B. eines Wasserzylinders) mit Absorptionskoeffizient μ folgendermaßen lautet I = I0 · e–μ · d . Die durchstrahlte Weglänge des Objekts ist d. I0 ist die Intensität des ungeschwächten Röntgenstrahls. Die gemessenen Intensitätswerte I werden auf die Intensität des ungeschwächten Strahls I0 normiert, um Unterschiede der Röntgenintensität z. B durch verschiedene Röhrenstrom-Einstellungen (verschiedene mAs-Werte) zu eliminieren. Danach wird der negative Logarithmus der normierten Intensitätswerte I/I0 gebildet. Im einfachen Fall eines homogenen Objekts lautet das Ergebnis f = μ · d. Für ein inhomogenes Objekt erhält man stattdessen f = ∫ · μ (r) dr. Mathematisch ausgedrückt ist jeder Messwert f in der CT das »Linienintegral« der Röntgen-Absorpti-
5 1.3 · Bildrekonstruktion
1
> In CT-Bildern werden die lokalen RöntgenAbsorptionskoeffizienten in der durchstrahlten Schicht dargestellt. Die Messwerte in der CT sind die Linienintegrale der Röntgen-Absorptionskoeffizienten auf dem Weg der Röntgenstrahlen. Benachbarte Messwerte aus der gleichen Winkelposition des Messsystems sind eine Projektion. Eine Projektion hat 700–900 Messwerte; während eines Umlaufs werden etwa 1 000 Projektionen aufgenommen. . Abb. 1.2 Translations-Rotations-Scanner der ersten Generation. Der Röntgenstrahler sendet einen Nadelstrahl aus, dessen geschwächte Intensität nach Durchdringen des Messobjekts von einem Detektor registriert wird. Die einzelnen Messwerte werden sequenziell aufgenommen, wobei Detektor und Strahler nach jeder Messung etwas verschoben werden (Translation). Anschließend wird die Anordnung um einen kleinen Winkel gedreht (Rotation), und der Messvorgang beginnt von neuem
onskoeffizienten μ(r) entlang des Weges r des Röntgenstrahls. Am einfachsten lässt sich das Messprinzip anhand eines sog. Translations-Rotations-Scanners erläutern. Dem Röntgenstrahler, der einen Nadelstrahl aussendet, steht ein einzelnes Detektorelement gegenüber (. Abb. 1.2). Diese Anordnung nimmt nacheinander die einzelnen Messwerte auf, wobei Detektor und Strahler nach jeder Messung etwas verschoben werden (Translation). Auf diese Weise erhält man das Profil der Schwächungswerte des Patienten aus einer bestimmten Winkelrichtung. Dieses Schwächungsprofil wird auch Projektion genannt. Nach der Aufnahme einer Projektion wird die gesamte Anordnung um einen kleinen Winkel gedreht, und die Messung beginnt von neuem. So erhält man schließlich die Schwächungsprofile des Patienten aus vielen verschiedenen Winkelrichtungen innerhalb eines vollen Umlaufs des Messsystems. Moderne CT-Geräte nehmen etwa 700–900 Messwerte pro Projektion und etwa 1 000 Projektionen pro Umlauf auf. Anders als im konventionellen Röntgen muss aus diesem Satz von Messdaten – dem sog. Sinogramm – erst durch mathematische Berechnungsmethoden das 2-dimensionale Schichtbild rekonstruiert werden.
1.3
Bildrekonstruktion
Die einfachste Möglichkeit, aus den gemessenen Projektionen – den Schwächungsprofilen des Untersuchungsobjekts aus verschiedenen Winkelrichtungen – ein Bild zu erzeugen, besteht in einer Rückprojektion der Schwächungsprofile. Dabei werden die Messwerte entlang der Richtung, aus der sie aufgenommen wurden, ins Bild übertragen. Dem Weg jedes Messstrahls durch das Untersuchungsobjekt entspricht eine Linie im CT-Bild. Der CT-Wert jedes Pixels auf dieser Linie wird um den Messwert f des Messstrahls erhöht. Hat man diesen Vorgang für alle Projektionen aus allen Winkelrichtungen wiederholt, erhält man ein Abbild des Objekts – allerdings unscharf und verwaschen (. Abb. 1.3). Diese einfache Rückprojektion war die Grundlage der sog. Verwischungstomographie. Um die ursprünglich scharfen Objektkanten wiederherzustellen und überlagerungsfreie Bilder zu erzeugen, müssen die Schwächungsprofile vor der Rückprojektion einer Hochpassfilterung unterzogen werden, die sich mathematisch als Faltung mit einem Faltungskern darstellen lässt. Nach der Faltung haben die Projektionen Unterschwinger (. Abb. 1.4). Diese heben sich bei der anschließenden Rückprojektion gerade gegenseitig auf, sodass das Objekt nun abbildungstreu und scharf dargestellt wird (. Abb. 1.5). Auf dieser Faltungs-RückprojektionsRekonstruktion beruht bis heute die Bilderzeugung aller CT-Geräte. Die Wahl des Faltungskerns ist eine wesentliche Stellgröße, mit der der Radiologe den Bildeindruck des rekonstruierten Bildes verändern kann.
6
Kapitel 1 · Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken
1
. Abb. 1.3 Rückprojektion der gemessenen Schwächungsprofile. Man erhält ein unscharfes Bild des Messobjekts
. Abb. 1.4 Um scharfe CT-Bilder zu erhalten, müssen die Schwächungsprofile vor der Rückprojektion einer Hochpassfilterung unterzogen werden (Faltung)
Scharfe Faltungskerne erzeugen CT-Bilder mit hoher Bildschärfe, in denen Kanten und kleine Details sehr trennscharf abgebildet sind, allerdings um den Preis hohen Bildrauschens. Diese Faltungskerne, die in medizinischen CT-Geräten mit Namen wie »edge« oder »sharp« oder auch mit Buchstabenkürzeln wie »B70« bezeichnet sind, eignen sich am besten für die Darstellung von Knochen oder anderen Hochkontrastobjekten, wie z. B. die Lunge. Weiche Faltungskerne erzeugen CT-Bilder mit geringerer Bildschärfe und dadurch reduzierter Trennschärfe kleiner Details, aber auch mit geringerem
Bildrauschen. Dadurch sind sie prädestiniert für die Darstellung feiner Dichteunterschiede in eher großflächigen Strukturen, die bei der Wahl eines scharfen Faltungskerns im Bildrauschen untergehen könnten. Solche kleinen Dichteunterschiede sind bei Aufnahmen von Weichteilorganen bedeutsam, z. B. bei der Befundung von Leberläsionen. Weiche Faltungskerne werden mit Namen wie »soft«, »smooth« oder auch mit Kürzeln wie »B30« bezeichnet. Eine generelle Regel in der CT-Bildgebung ist die direkte Kopplung von Bildschärfe und Bildrauschen. Bei vorgegebener Strahlendosis wird höhere Bildschärfe immer mit höherem Bildrauschen erkauft. Die Wahl des richtigen Faltungskerns mit dem bestmöglichen Kompromiss zwischen Bildschärfe und Bildrauschen für eine bestimmte diagnostische Aufgabe ist deshalb sehr wichtig. Will man bei höherer Bildschärfe das Bildrauschen reduzieren, muss die Strahlendosis erhöht werden. Dabei gilt folgende Faustregel: Eine Verdopplung der räumlichen Auflösung in der Bildebene muss bei gleichbleibendem Bildrauschen mit einer Verachtfachung der Dosis erkauft werden. Dies ist in der Praxis kaum durchführbar; wirkliche Hochauflösungsdar-
. Abb. 1.5 Rückprojektion der gefalteten Schwächungsprofile. Man erhält ein treues Bild des Mess-Objekts
7 1.5 · CT-Scanner-Generationen
1
stellungen beschränken sich daher in der Regel auf Knochen- und Lungenaufnahmen, bei denen das Bildrauschen nur eine untergeordnete Rollte spielt. > CT-Bilder werden durch eine FaltungsRückprojektions-Rekonstruktion aus den gemessenen Projektionen berechnet. Die Wahl des Faltungskerns beeinflusst Bildschärfe und Bildrauschen der CT-Bilder. Bei gleichbleibender Strahlendosis wird höhere Bildschärfe immer mit höherem Bildrauschen erkauft.
1.4
Röntgen-Absorptionskoeffizienten im CT-Bild
Die lokalen Röntgen-Absorptionskoeffizienten μ in jedem Pixel des 2-dimensionalen CT-Bildes werden gemäß folgender Skalierung in Grauwerte (CTWerte) umgesetzt, die in Hounsfield-Einheiten (HU) gemessen werden: CT-Wert = 1000 ·
μ – μw . μw
μw ≈ 0,192/cm ist der Röntgen-Absorptionskoeffizient von Wasser. CT-Bilder sind also so skaliert, dass Wasser – unabhängig vom Röntgenspektrum – immer den CT-Wert 0 HU hat. Luft hat – wie sich aus obiger Gleichung leicht ableiten lässt – den CT-Wert – 1 000 HU. Lunge hat aufgrund des hohen Luftanteils negative CT-Werte im Bereich -700 bis -950 HU, Fett liegt bei etwa -100 HU, Muskelgewebe liegt im positiven Bereich um 50 HU, und Knochen kann schließlich sehr hohe CT-Werte bis zu 2 000 HU erreichen (. Abb. 1.6). Die CT-Werte menschlicher Gewebe hängen vom verwendeten Röntgenspektrum ab und können z. B. bei einer Spannung der Röntgenröhre von 80 kV anders als bei 120 kV sein. Die CT-Werteskala eines CT-Bildes erstreckt sich von -1 024 bis 3 071 HU. Das menschliche Auge wäre nicht in der Lage, diese 4 096 Grauwerte bei gleichzeitiger Darstellung visuell zu unterscheiden. Deshalb wird – je nach klinischer Anwendung – ein kleinerer Bereich dieser CT-Werte herausge-
. Abb. 1.6 CT-Werte (in Hounsfield-Einheiten HU) verschiedener Materialien und Organe. Die Skala ist so geeicht, dass Wasser einen Wert von 0 HU hat
griffen und auf die verfügbaren Grauwerte des Darstellungsmediums (Bildschirm, Film) gespreizt – das nennt man Fenstereinstellung. Alle CT-Werte, die höher sind als die obere Grenze des Fensters, erscheinen im CT-Bild weiß; alle CT-Werte, die kleiner sind als die untere Grenze des Fensters, erscheinen im CT-Bild schwarz. CT-Bilder mit einem sehr weiten Bereich von CT-Werten, z. B. Thoraxaufnahmen, sollten immer mit verschiedenen Fenstereinstellungen betrachtet werden, um die gesamte diagnostische Information zu erhalten (. Abb. 1.7) > In CT-Bildern werden die Röntgen-Absorptionskoeffizienten in Hounsfield-Einheiten (HU) dargestellt. Die Skala ist so geeicht, dass Wasser immer 0 HU und Luft -1000 HU hat. Die CT-Werte menschlicher Gewebe dagegen hängen vom verwendeten Röntgenspektrum ab. Fett liegt bei etwa -100 HU, Muskelgewebe bei etwa 50– 100 HU, Knochen bei bis zu 2 000 HU.
1.5
CT-Scanner-Generationen
In den vergangenen 3 Jahrzehnten hat sich die CT rasant entwickelt. Das erste medizinische CT-Gerät, Hounsfields Kopfscanner EMI Mark I® von 1972, verwendete einen dünnen Nadelstrahl und ein Detektorpaar, das gleichzeitig 2 benachbarte Schichten
8
Kapitel 1 · Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken
1
. Abb. 1.7 Darstellung einer Thoraxaufnahme im Lungenfenster (links, Zentrum des Fensters -700 HU, Fensterbreite 1 000 HU) und im Mediastinumfenster (rechts, Zentrum des
Fensters 40 HU, Fensterbreite 450 HU). Im Mediastinumfenster erscheint die Lunge schwarz, weil ihre CT-Werte kleiner sind als die untere Fenstergrenze bei -410 HU
des Patienten abtastete. Dieses Geräteprinzip wird heute als 1. Generation bezeichnet. Die Messwerte einer Projektion wurden sequenziell aufgenommen durch lineare Verschiebung von Röntgenstrahler und Detektor. Danach folgte eine Rotation des Messsystems um einen kleinen Winkel, und der Messvorgang begann von neuem. . Abb. 1.8 zeigt den Kopfscanner Siemens SIRETOM 1®, der ähnlich aufgebaut war wie der EMI Mark I®. Die Aufnahmezeit für eine Doppelschicht betrug etwa 7 min, das Bild wurde mit einer Matrix von 80 × 80 Pixeln dargestellt. Das Messfeld hatte einen Durchmesser von 25 cm, die räumliche Auflösung betrug etwa 1,3 mm (4 Linienpaare pro cm). Die nächste, 2. Generation von CT-Geräten basierte auf dem gleichen Translations-Rotations-
Prinzip; anstelle eines einzelnen Detektors wurde aber bereits ein Fächerdetektor mit etwa 30 Detektorelementen eingesetzt, der einen Fächerwinkel von etwa 10° abdeckte. Dadurch konnte die Aufnahmezeit auf etwa 18 s pro Schicht verringert werden. Allerdings waren die CT-Geräte der 2. Generation wieder Einzelschichtsysteme. Mehrere Detektoren in Patientenlängsrichtung, wie sie die 1. Generation von CT-Geräten aufwies, wurden erst wieder mit der breiten klinischen Einführung der Mehrschicht-CT in den 90er-Jahren verwendet. Heutzutage gebräuchlich sind CT-Geräte der 3. Generation, in denen der Röntgenstrahler und der Detektor gemeinsam um den Patienten rotieren. Der Fächerwinkel des Detektors ist mit 45–55° groß genug, um ein Messfeld von etwa 50 cm Durchmesser
. Abb. 1.8 Ein CT-Scanner der 1. Generation, der Kopfscanner Siemens SIRETOM 1®, mit einem typischen CT-Bild aus dieser Zeit (Bildmatrix 80 × 80 Pixel)
9 1.6 · Spiral-CT
1
ckung, wurde dieses Geräteprinzip jedoch aufgegeben. > Moderne CT-Scanner sind CT-Geräte der 3. Generation, in denen ein Röntgenstrahler und ein Fächerdetektor mit 700–900 Detektorelementen pro Schicht gemeinsam um den Patienten rotieren.
1.6
. Abb. 1.9 Blick in einen modernen Mehrschicht-CT-Scanner der 3. Generation. Der Detektor kann in jeder Projektion 64 Schichten mit etwa 700 Messwerten pro Schicht aufnehmen. Pro Rotation werden etwa 1 000 Projektionen gemessen, die Rotationszeit beträgt 0,33 s
abzudecken. Eine Projektion muss so nicht mehr länger aus Einzelmessungen sequenziell aufgebaut werden, sondern kann gleichzeitig von den etwa 700–900 Detektorelementen im Fächer aufgenommen werden. Auf diese Weise ließ sich die Rotationszeit und damit die Messzeit pro Schicht auf Werte von deutlich weniger als 1 s verringern – im Jahr 2010 wies der schnellste CT-Scanner eine Rotationszeit von 0,27 s auf. Die räumliche Auflösung moderner CTGeräte beträgt heute etwa 0,3–0,4 mm in allen Raumrichtungen. . Abb. 1.9 zeigt einen Blick in einen modernen Mehrschicht-CT-Scanner der 3. Generation. Zeitweise verwendet wurden auch CT-Geräte der 4. Generation, in denen sich nur der Röntgenstrahler um den Patienten dreht. Der Detektor ist stationär und überdeckt den vollen Umfang der Gantry. Aufgrund der hohen Kosten durch die große Anzahl von Detektorelementen und inhärenten Bildqualitätsproblemen, bedingt z. B. durch fehlende Möglichkeiten zur Streustrahlunterdrü-
Spiral-CT
Ein wesentlicher Entwicklungsschritt der CT war die Einführung der Spiral-CT in den frühen 90erJahren des vergangenen Jahrhunderts. Bis dahin musste das Untersuchungsgebiet durch die sequenzielle Aufnahme einzelner axialer Schichten abgedeckt werden. Während der Aufnahme der Einzelschichten stand der Patiententisch still, zwischen den Aufnahmen wurde er von einer Schichtposition zur nächsten bewegt. Dies führte zu langen Untersuchungszeiten. Außerdem wurden anatomische Details, die sich zwischen 2 Schichtaufnahmen durch Patientenbewegung, Atmung oder Herzschlag aus der Schicht bewegten, möglicherweise gar nicht oder doppelt registriert. Bei der Spiral-CT wird der Patiententisch kontinuierlich vorgeschoben, und es werden bei dauernder Rotation der Gantry kontinuierlich Messdaten erfasst. Auf diese Weise können Volumendaten ohne die Gefahr der Fehl- oder Doppelregistrierung anatomischer Strukturen aufgenommen werden. Bilder lassen sich an beliebigen Positionen rekonstruieren. Durch überlappende Bildrekonstruktion, mit einem Inkrement, das kleiner ist als die Schichtdicke, erhöht sich die räumliche Auflösung in Patientenlängsrichtung. Ein wichtiger Parameter in der Spiral-CT ist der Pitch p. Er ist definiert als p=
Tischvorschub pro Gantryumdrehung Breite des Strahlenfächers in Patientenlängsrichtung
.
Diese Definition gilt für die Einzelschicht-CT und für die Mehrschicht-CT (7 Abschn. 1.7). In der Einzelschicht-CT ist die Breite des Strahlenfächers in Patientenlängsrichtung die kollimierte Schichtdicke. Für ein CT-Gerät mit z. B. 5 mm kollimierter Schichtdicke und einem Tischvorschub von
10
Kapitel 1 · Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken
Wert) unverändert bleibt, ist das Bildrauschen unabhängig vom Pitch, und die Strahlendosis nimmt mit zunehmendem Pitch ab.
1
. Abb. 1.10 Prinzip der Spiralinterpolation. In der gewünschten Bildebene (grün) müssen Messwerte durch Interpolation aus den vor und hinter der Bildebene in aufeinanderfolgenden Rotationen gemessenen Projektionen erzeugt werden
> Die Spiral-CT ermöglicht die Aufnahme von Volumendaten ohne Fehlregistrierung anatomischer Details. Der Pitch p ist definiert als Tischvorschub pro Gantryumdrehung geteilt durch die Gesamtbreite des kollimierten Strahlenfächers in Patientenlängsrichtung. In der Einzelschicht-Spiral-CT nimmt die effektive Schichtdicke mit zunehmendem Pitch durch die Spiralinterpolation zu. Die Strahlendosis für den Patienten nimmt mit zunehmendem Pitch ab.
1.7
6,25 mm pro Umdrehung beträgt der Pitch p = 6,25/5 = 1,25. In der Mehrschicht-CT ist die Gesamtbreite aller kollimierten Detektorzeilen einzusetzen. Für ein CT-Gerät mit z. B. 64 Zeilen mit je 0,6 mm kollimierter Schichtdicke ist die Breite des Strahlenfächers 64 × 0,6 mm = 38,4 mm. Bei einem Tischvorschub von 48 mm pro Umdrehung ergibt sich ein Pitch von 48/38,4 = 1,25. Der Pitch p gibt an, ob die Datenaufnahme überlappend (p < 1) oder mit Lücken (p > 1) erfolgt. Als Folge der kontinuierlichen Tischbewegung werden bei einem Umlauf des Messsystems die Messdaten nicht in einer Ebene aufgenommen. Zur Rekonstruktion eines Bildes müssen Projektionen in der gewünschten Bildebene erzeugt werden durch Interpolation zwischen den vor und hinter der Bildebene gemessenen Daten. Durch die Spiralinterpolation entsteht aus der trapezförmigen kollimierten Schicht ein glockenförmiges Schichtempfindlichkeitsprofil. Dessen Halbwertsbreite wird als effektive Schichtdicke bezeichnet (. Abb. 1.10). Die effektive Schichtdicke wächst mit zunehmendem Pitch, dadurch verschlechtert sich die räumliche Auflösung in Patientenlängsrichtung. Außerdem nehmen die typischen Spiralartefakte an Kontrastsprüngen, z. B. Knochenkanten, zu. CTUntersuchungen, die besonders hohe Bildqualität erfordern, werden deshalb häufig mit kleinem Pitch durchgeführt. Wenn der Röhrenstrom (der mAs-
Mehrschicht-CT
Im Jahr 1998 wurden von verschiedenen Herstellern Mehrschicht-CT-Geräte vorgestellt, die gleichzeitig 4 in Patientenlängsrichtung benachbarte Schichten aufnehmen konnten. Dies ermöglichte eine signifikant vergrößerte Volumenabdeckung in der gleichen Untersuchungszeit, verbesserte Auflösung in Patientenlängsrichtung durch die Wahl dünnerer kollimierter Schichten und eine bessere Nutzung der Röntgenröhre. In rascher Folge wurden in den letzten 10 Jahren neue Generationen von 6-, 8-, 16-, 64und neuerdings 128-Schicht-CT-Geräten eingeführt (. Abb. 1.11). Diese rasante Entwicklung gab der CT als klinische Untersuchungsmethode neue Impulse,
. Abb. 1.11 Prinzip der Mehrschicht-CT. Mehrere in Patientenlängsrichtung benachbarte Detektorzeilen nehmen gleichzeitig mehrere Schichten des Patienten auf
11 1.7 · Mehrschicht-CT
1
. Abb. 1.12 Axiale Schichten und koronare Reformatierungen einer Thoraxaufnahme, um die Bildqualität verschiedener Generationen von CT-Geräten zu illustrieren. Einzelschicht-CT mit 8-mm-Schichten (links), 4-Schicht-CT mit 1,25-mm-Schichten (Mitte) und 16-Schicht-CT mit 0,75-mm-
Schichten (rechts). Die Unterschiede werden am deutlichsten in den Reformatierungen. Mit der 16-Schicht-CT kommt man dem Ideal der isotropen Auflösung, d. h. der gleichen Auflösung in allen 3 Raumrichtungen, sehr nah
selbst auf Gebieten, die längst an andere Modalitäten wie MR verloren schienen. Klinische Applikationen profitieren vielfältig von der Mehrschicht-Technologie 4 durch kürzere Untersuchungszeiten, wichtig z. B. für Trauma- und Notfallpatienten sowie in der Pädiatrie, 4 durch größere Volumenabdeckung, wichtig z. B. für CT-Angiographien oder kombinierte Thorax-Abdomen-Untersuchungen, 4 durch verbesserte Auflösung in Patientenlängsrichtung, wichtig insbesondere dann, wenn 3-DBildnachverarbeitungsschritte geplant sind.
Reformatierungen (MPR) oder Maximum Intensity Projektionen (MIP) erreichen dabei eine der axialen Schicht gleichwertige Bildqualität (. Abb. 1.12). Wie in der Einzelschicht-Spiral-CT müssen auch in der Mehrschicht-Spiral-CT zur Rekonstruktion eines Bildes Projektionen in der gewünschten Bildebene erzeugt werden durch Interpolation zwischen den vor und hinter der Bildebene aufgenommenen Messwerten. Dabei werden neuartige Interpolationsverfahren verwendet, wie die sog. z-Filterung, bei der alle Strahlen innerhalb eines vorzugebenden Abstands von der Bildebene gewichtet zum Bild beitragen. Die Gewichtsfunktion ist frei wählbar. Dadurch lassen sich Form und Breite des Schichtempfindlichkeitsprofils einstellen. Bei manchen Mehrschicht-CT-Geräten (z. B. den Scannern der Fa. Siemens) nimmt die effektive Schichtdicke – anders als bei der Einzelschicht-Spiral-CT – mit höherem Pitch nicht zu, sondern bleibt unabhängig vom Pitch konstant. Damit ist auch die
Die meisten Untersuchungsprotokolle nutzen je nach klinischer Anforderung eine Kombination dieser Vorteile in verschiedenen Ausprägungen. Die nahezu isotrope räumliche Auflösung erlaubt 3-DVolumendarstellungen in diagnostischer Qualität nicht nur für Spezialanwendungen, sondern auch bei Routineuntersuchungen. Geneigte multiplanare
12
1
Kapitel 1 · Messprinzip, Bildrekonstruktion, Gerätetypen und Aufnahmetechniken
räumliche Auflösung in Patientenlängsrichtung unabhängig vom Pitch immer gleich. Um bei dieser Technik pitchunabhängiges Bildrauschen zu erhalten, muss der Röhrenstrom (mAs-Wert) mit zunehmendem Pitch vergrößert werden. Dies geschieht bei den erwähnten CT-Geräten automatisch. Als Konsequenz daraus nimmt allerdings die Strahlendosis – anders als bei der Einzelschicht-Spiral-CT – mit zunehmendem Pitch nicht ab, sondern bleibt konstant. Die aus der Einzelschicht-Spiral-CT bekannte Regel, zur Verringerung der Dosis den Pitch zu erhöhen, lässt sich hier nicht anwenden. Die Rekonstruktionsschichtdicke der Bilder ist bei den meisten Mehrschicht-CT-Systemen unabhängig von der Kollimierung in weiten Bereichen wählbar; sie kann nur nicht kleiner als die kollimierte Schichtdicke werden. Bei vielen klinischen Anwendungen ist die Untersuchung mit enger Kollimierung die Methode der Wahl – unabhängig von der später bei der Bildrekonstruktion eingestellten Schichtdicke. Die in der CT übliche Unterscheidung der Auflösung in der Schichtebene und der Auflösung in Patientenlängsrichtung, der transversalen Auflösung, verliert mit der breiten Verfügbarkeit der Mehrschicht-CT allmählich an Bedeutung, und die traditionelle Befundung axialer Schichten am Monitor oder auf Film wird in zunehmendem Maß durch die interaktive Befundung isotroper Volumendatensätze mit geneigten MPRs oder MIPs ersetzt.
> Die Mehrschicht-CT ermöglicht die Untersuchung größerer Volumenbereiche, die Verkürzung der Untersuchungszeit und die Aufnahme dünnerer Schichten. Mit der Mehrschicht-CT lässt sich isotrope Auflösung erreichen, d. h. gleiche räumliche Auflösung in allen 3 Raumrichtungen. Die Rekonstruktionsschichtdicke der Bilder ist bei den meisten Mehrschicht-CTSystemen unabhängig von der Kollimierung retrospektiv wählbar. Bei manchen Mehrschicht-CT-Geräten sind effektive Schichtdicke, Bildrauschen und Strahlendosis unabhängig vom Pitch.
1.8
Dual-Source-CT
Im Jahr 2005 wurde das erste Dual-Source-CT-Gerät vorgestellt. Auf der Gantry sind 2 Messsysteme – bestehend aus einem Röntgenstrahler und dem dazugehörigen Detektor – unter einem Winkel von 90° angeordnet (. Abb. 1.13). Beide Messsysteme nehmen gleichzeitig Daten auf. Um den zur Bildrekonstruktion notwendigen Halbumlauf an Messdaten zu erhalten, genügt eine Viertelrotation des Geräts. Damit entspricht die kürzeste Aufnahmezeit für ein CT-Bild gerade einem Viertel der Gantryrotationszeit von 0,33 s; das sind 83 ms. Diese kurze
. Abb. 1.13 Prinzip eines Dual-Source-CT-Geräts, in dem 2 Messsysteme um einen Winkel von 90° versetzt angeordnet sind
13 1.9 · Weiterführende Literatur
Aufnahmezeit ist besonders vorteilhaft bei der Untersuchung bewegter Organe wie dem Herzen. Tatsächlich haben klinische Studien inzwischen gezeigt, dass es mit der Dual-Source-CT möglich ist, die Herzkranzgefäße in diagnostischer Qualität auch bei Patienten mit hohen und unregelmäßigen Herzraten darzustellen. Dual-Source-CT-Geräte ermöglichen auch die gleichzeitige Aufnahme von 2 Messdatensätzen mit unterschiedlichen Röntgenspektren, indem beide Röntgenstrahler mit unterschiedlichen Röhrenspannungen betrieben werden. Mit der sog. DualEnergy-Technik lassen sich unterschiedliche Gewebetypen chemisch charakterisieren oder die Jodaufnahme im Gewebe quantitativ darstellen (7 Kap. 18). Diese Untersuchungsmethode befindet sich noch im Stadium klinischer Forschung, allerdings zeichnen sich bereits erste Routineanwendungen ab, wie z. B. die Charakterisierung von Nierensteinen.
1.9
Weiterführende Literatur
Flohr TG, Schaller S, Stierstorfer K, Bruder H, Ohnesorge BM, Schoepf UJ (2005) Multi-detector row CT systems and image-reconstruction techniques. Radiology 235: 756–773 Kalender W (2006) Computertomographie – Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen. 2. Aufl. Publicis Publishing, Erlangen Petersilka M, Bruder H, Krauss B, Stierstorfer K, Flohr TG (2008) Technical principles of dual source CT. Eur J Radiol 68(3): 362–368
1
2
Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry Thomas Flohr
2.1
Aufbau eines CT-Geräts
– 16
2.2
Detektor
2.3
Röntgenstrahler und Generator
2.4
Gantry und Patiententisch
2.5
Weiterführende Literatur
– 16 – 19
– 21 – 22
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_2, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
2
16
Kapitel 2 · Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry
2.1
Aufbau eines CT-Geräts
Ein modernes CT-Gerät besteht aus der rotierenden Gantry, auf der die wesentlichen Komponenten wie Röntgenstrahler, Generator und Detektor untergebracht sind, zusammen mit der röhrenseitigen Blende, die die Breite des Röntgenfächers in Patientenlängsrichtung begrenzt und so die gewünschte Schicht kollimiert. Dazu kommen Elektronikkomponenten und Systeme zur Übertragung von Messund Kontrollsignalen zwischen stationärem und rotierendem Teil der Gantry. Wichtig sind darüber hinaus Computersysteme zur Steuerung des CTGeräts und zur Bildrekonstruktion, Kühleinrichtungen sowie die präzise in Vertikal- und Horizontalrichtung verfahrbare Patientenliege. Im Folgenden werden einige wesentliche Komponenten etwas genauer beschrieben.
2.2
. Abb. 2.1 Detektionsprinzip eines Festkörper-Szintillationsdetektors
Detektor
Seit dem Beginn der medizinischen CT kamen verschiedene Detektortechnologien zum Einsatz. Die ersten CT-Detektoren waren Gasdetektoren. Sie bestanden im Wesentlichen aus Ionisationskammern, die mit einem Gas hoher Ordnungszahl, in der Regel Xenon, bei hohem Druck (20–25 bar) gefüllt waren. Die auftreffenden Röntgenquanten ionisieren das Gas; die positiv geladenen Atomrümpfe und die Elektronen werden von jeweils entgegengesetzt geladenen Elektroden angezogen und erzeugen einen elektrischen Strom. Gasdetektoren haben nur eine relativ schlechte Quanteneffizienz, d. h., viele Röntgenquanten werden im Detektor nicht registriert, obwohl sie den Patienten durchquert und zu dessen Strahlenbelastung beigetragen haben. Außerdem ist es nicht ohne Weiteres möglich, mehrzeilige Gasdetektoren zu bauen. Gasdetektoren werden deshalb heute nicht mehr eingesetzt. Moderne CT-Geräte sind mit Festkörper-Szintillationsdetektoren ausgerüstet. Jedes Detektorelement besteht aus einem strahlenempfindlichen kristallinen oder keramischen Material (wie Cadmium-Wolframat, Gadolinium-Oxid, Gadolinium-Oxi-Sulfid) mit geeigneten Dotierstoffen, in dem die auftreffende Röntgenstrahlung absorbiert und in sichtbares Licht umgewandelt wird. Dieses
Licht wird von einer mit dem Szintillator verbundenen Silizium-Photodiode detektiert und in elektrischen Strom umgewandelt (. Abb. 2.1). Der Strom wird verstärkt und schließlich in ein digitales Signal umgesetzt. Ein geeignetes Detektormaterial muss hohe Quanteneffizienz aufweisen, d. h., es muss möglichst alle auftreffenden Röntgenquanten absorbieren und deshalb aus Elementen mit hoher Ordnungszahl bestehen. Die Abklingzeit des Signals, nachdem der Detektor von einem Röntgenpuls getroffen wurde, sollte möglichst kurz sein. Nur so ist es möglich, die schnelle Gantryrotation moderner CT-Geräte zu realisieren, die 0,3 s und weniger beträgt. Um dabei die für artefaktfreie Bildrekonstruktion notwendige Anzahl von etwa 1 000 Projektionen pro Umlauf zu erhalten, müssen die einzelnen Projektionen in rascher Abfolge aufgenommen werden, ohne dass Signale zwischen ihnen durch Nachleuchten übertragen werden. Die maximale Abtastfrequenz eines modernen CT-Detektors liegt bei etwa 5 kHz, d. h., der Detektor kann eine Projektion in etwa 200 μs messen und so bis zu 5 000 Projektionen pro Sekunde aufzeichnen. Die einzelnen Detektorelemente werden mithilfe von undurchsichtigen Trennschichten separiert, um optisches Übersprechen von einem Detektorka-
17 2.2 · Detektor
2
dominiert wird. Insbesondere bei dicken Patienten ist das nicht immer der Fall. Hier ist das Messsignal oft so klein, dass Elektronikrauschen eine wesentliche Rolle zu spielen beginnt und sich das Bildrauschen deshalb stärker erhöht, als man aufgrund des Patientendurchmessers erwarten würde.
. Abb. 2.2 Aufbau eines modernen Festkörper-Szintillationsdetektors für ein Mehrschicht-CT-Gerät. Schemazeichnung und Fotografie eines Detektorsmoduls
nal zum nächsten zu vermeiden. Röntgenquanten tragen nicht zum Messsignal bei, wenn sie auf diese Trennschichten treffen. Sie müssen deshalb dünn sein, damit die aktive Fläche des Detektors bezogen auf die Gesamtfläche möglichst groß ist. CT-Detektoren haben heute einen geometrischen Wirkungsgrad von mehr als 80 %. Zwischen den einzelnen Detektorelementen in Kanalrichtung sind in der Regel dünne, etwa 20– 30 mm hohe Bleche aus Wolfram oder Molybdän angebracht. Sie verhindern, dass Streustrahlung aus dem Messobjekt auf den Detektor trifft (. Abb. 2.2). Streustrahlung stellt eine zusätzliche diffuse Strahlenquelle dar, die Kontraste im CT-Bild verringert und Artefakte erzeugt. Der relative Beitrag der Streustrahlung wächst mit zunehmender Detektorbreite in Patientenlängsrichtung. Vor allem bei Mehrschichtdetektoren mit vielen Detektorzeilen ist wirkungsvolle Streustrahlunterdrückung deshalb unverzichtbar. Inzwischen gibt es auch CT-Geräte, in denen gitterartige, sowohl in Kanal- als auch in Zeilenrichtung strukturierte Streustrahlkollimatoren eingesetzt werden. Weitere Anforderungen an einen CT-Detektor sind ein hoher Dynamikbereich > 16 bit, eine streng lineare Änderung des Signals mit der auftreffenden Röntgenintensität, wenig Strahlungsdrift und geringes Elektronikrauschen. Das Elektronikrauschen sollte so klein sein, dass das Bildrauschen im CTBild vom Quantenrauschen der Röntgenquanten
> Moderne CT-Detektoren sind FestkörperSzintillationsdetektoren. Der Detektionsprozess ist 2-stufig: Röntgenquanten werden in einem strahlenempfindlichen keramischen oder kristallinen Szintillatormaterial absorbiert und in sichtbares Licht umgewandelt. Das sichtbare Licht wird von einer Silizium-Fotodiode registriert und in einen elektrischen Strom umgesetzt.
CT-Detektoren müssen die Einstellung verschiedener kollimierter Schichtdicken ermöglichen, um für jede Applikation den optimalen Kompromiss aus Untersuchungszeit, Auflösung in Patientenlängsrichtung und Bildrauschen zu erhalten. Bei Einzelschichtdetektoren erfolgt die Schichtdickeneinstellung mit der röhrenseitigen Blende (. Abb. 2.3). Bei Mehrschichtdetektoren ist dieses einfache Kollimationsprinzip allerdings nicht mehr möglich. Um hier verschieden dicke kollimierte Schichten zu erhalten, wird einerseits mit der röhrenseitigen Blende die gewünschte Gesamtbreite des Strahlprofils eingestellt, andererseits werden die Signale mehrerer Detektorelemente in Patientenlängsrichtung elektrisch kombiniert. Dies lässt sich am Beispiel etablierter 16-Schicht-Detektoren erläutern. Der Siemensdetektor SOMATOM Emotion 16® z. B. ist aus 16 zentralen Zeilen mit je 0,6 mm kollimierter Schichtdicke aufgebaut, an die sich in Patientenlängsrichtung in beide Richtungen je 4 Zeilen mit 1,2 mm kollimierter Schichtdicke anschließen – insgesamt hat der Detektor also 24 Zeilen mit 19,2 mm Gesamtbreite im Drehzentrum. Werden durch die röhrenseitige Blende nur die inneren 16 Zeilen beleuchtet, liefert der Detektor 16 Schichten mit je 0,6 mm Schichtdicke. Wird die röhrenseitige Blende so weit geöffnet, dass der gesamte Detektor bestrahlt wird, werden je 2 innere Zeilen mit 0,6 mm Schichtdicke elektronisch zu einer Schicht mit 1,2 mm Schichtdicke zusammengefasst. Dies ergibt
18
Kapitel 2 · Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry
2
. Abb. 2.3 Schichtdickeneinstellung bei Einzelschichtdetektoren. Durch Öffnen und Schließen der röhrenseitigen Blende wird die gewünschte kollimierte Schicht eingestellt (oben weit, unten eng). Schichtdickenangaben beziehen sich immer auf das Drehzentrum des CT-Geräts
. Abb. 2.4 Schichtdickeneinstellung bei Mehrschichtdetektoren. Beispiel eines Detektors, der je 16 kollimierte 0,6mm-Schichten oder 16 kollimierte 1,2-mm-Schichten auslesen kann
8 zentrale 1,2-mm-Schichten, zusammen mit den 4 1,2-mm-Schichten auf beiden Seiten also wiederum 16 Schichten (. Abb. 2.4). Ähnlich aufgebaut sind die 16-Schicht-Detektoren anderer Hersteller, die z. B. wahlweise 16 kollimierte 0,625-mm-Schichten oder 16 kollimierte 1,25-mm-Schichten liefern. Der Siemensdetektor SOMATOM Sensation 64® weist 40 Detektorzeilen auf – 32 zentrale Zeilen mit 0,6 mm Schichtdicke und auf beiden Seiten je 4 kollimierte Schichten mit 1,2 mm Schichtdicke. Der Detektor liefert 32 Schichten mit 0,6 mm Schichtdicke (deren Anzahl durch einen z-Springfokus verdoppelt wird) oder 24 Schichten mit 1,2 mm Schichtdicke. Andere gängige Mehrschichtdetektoren bestehen aus 64 Detektorzeilen, mit – je nach Hersteller – 0,5, 0,6 oder 0,625 mm kollimierter Schichtdicke. Auch hier ist es möglich, dickere Schichten aufzunehmen, indem die Signale von je 2 Detektorzeilen elektronisch addiert werden. Dies ergibt dann 32 1,0-, 1,2- oder 1,25-mm-Schichten. Ein CT-Gerät hat einen Detektor mit 128 kollimierten 0,625-mm-
Schichten (Gesamtbreite 8 cm). Der momentan breiteste in einem medizinischen CT-Gerät eingesetzte Detektor erlaubt die Kollimierung von 320 0,5-mm-Schichten. Bei manchen Herstellern kann die Zahl der dünnen Schichten durch einen z-Springfokus verdoppelt werden. Dabei wird der Brennfleck des Röntgenstrahlers periodisch zwischen 2 Positionen auf dem Anodenteller hin- und herbewegt. Die Amplitude dieser Bewegung wird so eingestellt, dass aufeinanderfolgende Projektionen in Patientenlängsrichtung gerade um eine halbe kollimierte Schichtdicke verschoben sind, bei 0,6 mm kollimierter Schichtdicke z. B. um 0,3 mm (. Abb. 2.6). Je 2 solcher Projektionen werden dann zu 1 Projektion mit doppelter Schichtanzahl, aber halbem Abtastabstand verschachtelt. Aus z. B. 64 Schichten mit 0,6 mm Schichtdicke und 0,6 mm Abtastabstand werden so 128 überlappende 0,6-mm-Schichten mit 0,3 mm Abtastabstand. Durch den z-Springfokus und die damit erzielte feinere Abtastung verbessert sich die Auflösung in Patientenlängsrichtung, und
19 2.3 · Röntgenstrahler und Generator
2
möglich, aus Messdaten mit einer bestimmten kollimierten Schichtdicke Bilder mit verschiedenen rekonstruierten Schichtdicken zu erhalten. Dies geschieht durch moderne Spiralinterpolationsverfahren bei der Bildrekonstruktion wie der in 7 Kap. 1 beschriebenen z-Filterung. Auf diese Weise können aus einem Datensatz retrospektiv mehrere Bildvolumen mit verschiedenen Schichtdicken erzeugt werden, die allerdings nie kleiner sein können als die kollimierte Schichtdicke. Diese Einschränkung sollte bei der Wahl der kollimierten Schichtdicke bedacht werden.
. Abb. 2.5 Detektormodul eines Mehrschichtdetektors (SOMATOM Sensation 64®). Jedes Modul besteht aus 40 × 16 Detektorelementen mit der entsprechenden Elektronik. Die Streustrahlkollimatoren sind diagonal aufgeschnitten, um den Blick auf das keramische Szintillatormaterial freizugeben
> Die kollimierte Schicht ist die Schichtdicke, mit der der CT-Datensatz aufgenommen wurde. Schichtdickenangaben beziehen sich immer auf das Drehzentrum des CT-Geräts. Um bei Mehrschichtdetektoren verschieden dicke kollimierte Schichten zu erhalten, wird einerseits mit der röhrenseitigen Blende die gewünschte Gesamtbreite des Strahlprofils eingestellt, andererseits werden die Signale mehrerer Detektorelemente in Patientenlängsrichtung elektrisch kombiniert. Bei der Rekonstruktion ist es möglich, aus Messdaten mit einer bestimmten kollimierten Schichtdicke Bilder mit verschiedenen rekonstruierten Schichtdicken zu erzeugen, die allerdings nicht kleiner als die kollimierte Schichtdicke sein können.
2.3
. Abb. 2.6 Prinzip des z-Springfokus. Durch die periodische Bewegung des Brennflecks auf dem Anodenteller werden aufeinanderfolgende Projektionen im Drehzentrum um eine halbe kollimierte Schichtdicke verschoben. So können je 2 Projektionen zu 1 Projektion mit doppelter Schichtanzahl und halbem Abtastabstand verschachtelt werden
typische, windmühlenartige Spiralartefakte an Knochenkanten werden wirkungsvoll unterdrückt. Die kollimierte Schichtdicke ist die Schichtdicke, mit der die Messdaten aufgenommen wurden. Bei praktisch allen Mehrschicht-CT-Geräten ist es
Röntgenstrahler und Generator
Die Entwicklung von Röntgenstrahlern für CT-Geräte war in den letzten Jahren durch den Bedarf an immer höherer Röhrenleistung und immer kürzeren Gantry-Rotationszeiten bestimmt. Ein konventioneller Röntgenstrahler besteht aus einer in einem Vakuumgefäß angeordneten Kathode, die einer rotierenden Anode gegenübersteht (Drehanodenstrahler, . Abb. 2.7a). Die Kathode wird elektrisch geheizt und emittiert Elektronen, die durch eine hohe Spannung zwischen 80 und 140 kV von der Kathode zur Anode beschleunigt werden. Fokussierungseinrichtungen sorgen dafür, dass die Elektronen auf der Anode in einem wohldefinierten Brenn-
20
Kapitel 2 · Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry
2
a
b
. Abb. 2.7 Schemazeichung eines konventionellen Drehanodenstrahlers (a) und eines Drehgehäusestrahlers (b) für die CT
fleck von etwa 0,7–2,0 mm Breite und 7–10 mm Länge auftreffen. Dabei wird die Bewegungsenergie der Elektronen teilweise in Röntgenstrahlung umgewandelt. Es entsteht sowohl charakteristische Röntgenstrahlung, die durch scharfe Intensitätsmaxima bei bestimmten Energien gekennzeichnet ist, als auch Röntgenbremsstrahlung, die ein breites Energiespektrum aufweist. Allerdings kann die höchste vorkommende Energie nicht höher sein als durch die Spannung zwischen Kathode und Anode vorgegeben. Durch die Neigung der Anodenoberfläche von 7–8° erscheint der Brennfleck in Strahlrichtung nur etwa 1–2 mm lang – er ist also praktisch quadratisch. Die Anode in Drehanodenstrahlern hat einen Durchmesser von 160–220 mm und rotiert mit einer Frequenz von bis zu 200 Hz. Die Wärmespeicherkapazität des Anodentellers und des Röhrengehäuses – gemessen in Mega Heat Units MHU – bestimmt die Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre. Sie entscheidet, wie schnell und mit welcher Leistung CT-Scans wiederholt werden können, ohne den Anodenteller zu überhitzen. Typischerweise hat ein konventioneller CT-Strahler eine Wärmespeicherkapazität von 5–9 MHU, die durch dicke Grafitschichten an der Rückseite des Anodentellers erreicht wird. Bei der Konstruktion von Röntgenröhren versucht man, die Wärmespeicherkapazität und die Rate, mit der Wärme abgeführt werden kann, zu vergrößern. Das kann dadurch erreicht werden, dass man den Durchmesser des Anodentellers vergrößert oder spezielle Flüssigmetalllager verwendet, die eine schnellere Rotation des Anodentellers und eine bessere Wärmeabfuhr zulassen.
Im Drehgehäusestrahler (Siemens STRATON®, . Abb. 2.7b) ist ein völlig anderes Konstruktionsprinzip verwirklicht. Hier rotiert das gesamte Röhrengehäuse einschließlich der Kathode, und die Anode bildet eine Außenwand des Gehäuses. Sie kann daher durch direkten Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit sehr effizient gekühlt werden – wesentlich besser als bei einem konventionellen Design, bei dem Wärmeabfuhr nur durch thermische Strahlung und durch Wärmeleitung über das Anodenlager erfolgt. Durch die sehr hohe Rate, mit der Wärme abgeführt wird, ermöglichen Röhren vom Drehgehäusetyp hohe Leistungsreserven und rasche Wiederholraten von Scans. Die Abwesenheit mechanisch bewegter Teile und Lager im Vakuum erlaubt ein kompaktes Strahlerdesign mit einem Anodendurchmesser von nur 12 cm und dennoch einer maximalen Leistung von 100 kW (. Abb. 2.8). Allerdings muss der Elektronenstrahl auf dem Weg von der Kathode zur Anode permanent elektromagnetisch abgelenkt werden, um einen stabilen Brennfleck an der gewünschten Stelle der Anode herzustellen. Diese elektromagnetische Fokusablenkung wird gleichzeitig zur Erzeugung eines Springfokus in der Bildebene und senkrecht dazu (z-Springfokus) genutzt. Auch konventionelle Röntgenstrahler sind z. T. mit Springfokustechnologie ausgerüstet. Der Generator versorgt den Röntgenstrahler in der CT-Gantry mit der notwendigen elektrischen Leistung. Je nach Geräteklasse sind dabei Leistungsreserven von 40–120 kW verfügbar bei verschiedenen, vom Benutzer wählbaren Röhrenspannungen (z. B. 80, 100, 120 und 140 kV). Der maxi-
21 2.4 · Gantry und Patiententisch
. Abb. 2.8 Abbildung einer Drehgehäuse-Röntgenröhre für die CT. Drehgehäuse-Röntgenröhren können durch den direkten Kontakt der Anode, die eine Außenwand des Gehäuses bildet, mit einem Kühlmedium effizient gekühlt werden
> In CT-Geräten werden Drehanodenstrahler und Drehgehäusestrahler eingesetzt. Ein Drehanodenstrahler besteht aus einer in einem Vakuumgefäß angeordneten Kathode, der einer im Vakuum rotierenden Anode gegenübersteht. Bei einem Drehgehäusestrahler rotiert das gesamte Röhrengehäuse einschließlich der Kathode, und die Anode bildet eine Außenwand des Gehäuses. Die Leistungsfähigkeit eines Röntgenstrahlers wird durch die Wärmespeicherkapazität und durch die Rate, mit der Wärme abgeführt werden kann, bestimmt.
2.4
male Röhrenstrom eines CT-Generators kann heute bis zu 1000 mA betragen. Die Wahl der Röhrenspannung richtet sich nach der klinischen Applikation. Bei niedrigen Röhrenspannungen erhöhen sich die Kontraste im Bild, was speziell bei kontrastmittelunterstützten Untersuchungen wie CT-Angiographien vorteilhaft ist und zur Reduktion der Strahlendosis eingesetzt wird, weil durch den größeren Kontrast der kontrastmittelgefüllten Gefäße höheres Bildrauschen toleriert werden kann. Andererseits leiden CT-Bilder bei niedrigen Röhrenspannungen unter verstärkten Aufhärtungsartefakten. Bei höheren Spannungen sind größere Leistungsreserven verfügbar, z. B. für CT-Untersuchungen von adipösen Patienten. CT-Generatoren müssen sehr schnell stabile Röhrenspannungen und Röhrenströme erreichen. Das ist besonders im Hinblick auf die immer kürzeren Scanzeiten moderner CT-Geräte bedeutsam, die heute z. B. bei EKG-getriggerten axialen Untersuchungen des Herzens nur wenige 100 ms pro Scan betragen. Weiterhin wichtig ist die Fähigkeit eines Generators, den Röhrenstrom rasch und kontrolliert zu ändern, um eine effiziente anatomische Dosismodulation bei immer schnellerer Gantryrotation zu ermöglichen. Anatomische Dosismodulation, unter Markennamen wie z. B. CAREDose 4D® für praktisch jeden modernen CT-Scanner verfügbar, ist die wesentliche Technik zur Anpassung der Strahlenexposition an die Patientengeometrie und zur Reduktion der Strahlendosis.
2
Gantry und Patiententisch
Eine wesentliche Anforderung an die Gantry ist die Stabilität der Abtastgeometrie, also insbesondere der Brennfleckposition und der Position des Detektors, während der Rotation mit immer kürzer werdenden Rotationszeiten (0,75 s im Jahr 1994, 0,27 s im Jahr 2010). Die mechanische Aufhängung des Röntgenstrahlers, der röhrenseitigen Blende und des Detektors muss daher sehr stabil sein, um den enormen Gravitationskräften bei der Rotation zu widerstehen. Darüber hinaus muss die Gantry exakt ausgewuchtet sein, damit sie bei Drehung nicht vibriert. Der klassische Riemenantrieb einer Gantry, der bei CT-Geräten mit langsamer Rotation weit verbreitet war, wird zunehmend durch Direktantriebe verdrängt, die präziser und stabiler sind sowie höhere Rotationsgeschwindigkeiten ermöglichen. Direktantriebe bestehen aus einem Rotor mit Permanentmagneten und einem vielpoligen Stator. Bei positionsgetriggerten Systemen wird die aktuelle Winkelposition der Gantry während der Drehung mithilfe eines auf der rotierenden Trommel befestigten Encoders gemessen, und Projektionen werden an vorgegebenen äquidistanten Winkelpositionen aufgenommen. Zeitgetriggerte Systeme nehmen ein festes Zeitintervall pro Projektion an und ordnen die entsprechenden Winkelpositionen zu. Hier wird bei jedem Umlauf die Gantry anhand einer Referenzposition neu synchronisiert. Enorme technische Anforderungen stellt die elektrische Verbindung zwischen stationärem und
22
2
Kapitel 2 · Detektoren, Röntgenstrahler und Gantry
rotierendem Teil der Gantry. Einerseits müssen sehr hohe elektrische Leistungen für den Betrieb des Röntgenstrahlers übertragen werden – entweder konventionell durch Kohlebürsten und Schleifringe oder inzwischen auch kontaktlos. Andererseits müssen die Messsignale mit sehr hoher Datenrate vom rotierenden auf den stationären Teil der Gantry transportiert werden. Ein 64-Schicht-CT-Gerät produziert eine Datenmenge von 180–200 MB/s; das ist der Inhalt einer Audio-CD in etwa 3 s. In modernen CT-Geräten wird hier generell kontaktlose Datenübertragung eingesetzt – entweder durch Lasersysteme oder elektromagnetisch mittels rotierender Sendeantenne und stationärer Empfangsantenne. Der Patiententisch sorgt für eine exakte Positionierung des Patienten sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung und für eine exakt kontrollierte Bewegung bei sequenziellen Scans wie bei Spiralscans. Dabei deckt der Tischvorschub in horizontaler Richtung einen weiten Bereich von 1 mm/s bis zu 460 mm/s für die Hochpitch-Spirale mancher Dual-Source-CT-Geräte ab, und das mit einer Positioniergenauigkeit von weniger als 0,5 mm und bei einem maximalen Patientengewicht von 220– 240 kg.
2.5
Weiterführende Literatur
Kalender W (2006) Computertomographie – Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen. 2. Aufl. Publicis Publishing, Erlangen
3
Protokollparameter und Bildqualität Paul Stolzmann und Robert Götti
3.1
Einleitung
– 24
3.2
Protokollparameter
– 24
3.2.1 Akquisitionsparameter – 24 3.2.2 Rekonstruktionsparameter – 25
3.3
Aufnahmeverfahren
3.4
Bildqualität
– 26
3.4.1 Das Bild – 26 3.4.2 Die Qualitätsparameter
3.5
– 26
– 27
Weiterführende Literatur
– 29
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_3, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
3
24
Kapitel 3 · Protokollparameter und Bildqualität
3.1
Einleitung
Wir unterscheiden 2 verschiedene Aufnahmeverfahren mit der Mehrzeilen-CT: Bilddaten können entweder a) mittels Spiral-CT oder b) sequenziell akquiriert werden. In diesem Kapitel werden Protokollparameter dieser Aufnahmeverfahren der Mehrzeilen-CT, wichtige Kenngrößen der Bildqualität sowie deren Zusammenhänge erläutert.
> Durch gering unterschiedliche Definitionen des Pitch bei der Mehrzeilen-CT kann es zu Unklarheiten kommen. Die am häufigsten verwendete Definition des Pitch lautet p=
1 n·C
TF .
p Pitch, n Anzahl der aktiven Detektorzeilen, C Kollimation, TF Tischvorschub Beachte: Diverse CT-Gerätehersteller benutzten
3.2
Protokollparameter
Protokollparameter der Mehrzeilen-CT lassen sich in Parameter der Datenakquisition und der Datenrekonstruktion unterscheiden.
3.2.1
den Volumenpitch pvol als Angabe auf der Benutzerkonsole! jVolumenpitch
Der Volumenpitch entspricht dem Pitch, jedoch beinhaltet dieser nicht die Anzahl der Detektorelemente.
Akquisitionsparameter
jKollimation
Die Kollimation beschreibt die Dimension (mm) der Kollimatoröffungen (7 Kap. 1). Kollimatoren dienen als Blenden und sind lokalisiert a) an der Strahlenquelle und b) vor den Detektorelementen. Der Kollimator an der Strahlenquelle kontrolliert und formt den Strahlenfächer und verhindert eine unnötige Strahlenexposition des Patienten. Der Kollimator unmittelbar vor den Detektoren dient der Abschirmung des Detektors vor Streustrahlung. Die verwendete Kollimation hat Einfluss auf die örtliche Auflösung der Untersuchung. Je kleiner die verwendete Kollimation, desto höher ist die örtliche Auflösung (s. auch Partialvolumenartefakte, 7 Kap. 4 und 7 Abschn. 3.2.2). jPitch
Der Pitch p (dimensionslos) bei der Datenakquisition mittels Spiral-CT (7 Abschn. 3.3) beschreibt den kontinuierlichen Tischvorschub während einer vollständigen Umdrehung der Gantry. Normiert ist der Parameter Pitch auf die Breite aller aktiven Detektorzeilen. Je höher der Pitch gewählt wird, desto schneller wird eine bestimmte Körperregion während der Aufnahme abgebildet.
Die Definition des Volumenpitchs pvol Pitch ist pvol =
1 . C
pvol Volumenpitch, C Kollimation, TF Tischvorschub jRotationszeit
Die Rotationszeit definiert die Zeit T (ms), die für die Beschreibung einer vollständigen Rotation (2π = 360°) der Gantry und somit des Röhren-Detektor-Systems benötigt wird. Sie hat Einfluss auf die gesamte Akquisitionsdauer der CT-Untersuchung und gleichzeitig auf die zeitliche Auflösung des Einzelbilds. jRöhrenstrom
Der Röhrenstrom (mA) definiert den Strom, der zum Heizen der Kathode der Röntgenröhre angelegt wird. Oft wird das Röhrenstrom-Zeit-Produkt (mAs) als Belichtung beschrieben; dieses definiert das Produkt aus Röhrenstrom und Rotationszeit T. > Bei Mehrzeilen-CT-Systemen wird regelmäßig das sog. effektive RöhrenstromZeit-Produkt angegeben. Dieses effektive Röhrenstrom-Zeit-Produkt normiert das Produkt aus Röhrenstrom und Belichtungszeit auf die einzelne Schicht.
25 3.2 · Protokollparameter
jRöhrenspannung
Praxistipp
Die Röhrenspannung (kVp) definiert die Spannung, die in der Röntgenröhre zwischen Kathode und Anode zur Beschleunigung der Elektronen angelegt wird. Diese bestimmt die Energie der Photonen und somit das Spektrum der Röntgenstrahlung.
3.2.2
jRekonstruktionsinkrement
Das Rekonstruktionsinkrement definiert die Schichtabstände für die Rekonstruktion der Einzelbilder aus einem akquirierten Datenvolumen. Bei der Spiral-CT ist das Inkrement als Rekonstruktionsparameter frei wählbar. Das Rekonstruktionsinkrement definiert somit den retrospektiv frei wählbaren Überlappungsgrad. Wird das Inkrement kleiner als die Schichtdicke gewählt, entstehende überlappende Bilder. Häufig erleichtern Überlappungen das Stellen von Diagnosen, sie tragen zur Erhöhung der Sicherheit des Radiologen bei.
a
Bei der sequenziellen Datenakquisition lassen sich überlappende Schichten nur dann rekonstruieren, wenn der Tischvorschub zwischen 2 Aufnahmen kleiner gewählt ist als die Kollimation C. Dies erhöht jedoch die Strahlenexposition des Patienten durch die Akquisition überlappender Daten.
Rekonstruktionsparameter
Die generierten axialen Daten erlauben eine nachträgliche Rekonstruktion von Schnittbildern. Die erneute Zusammensetzung dieser Bilder ergibt das abgebildete und untersuchte Volumen. Folgende Parameter sind entscheidende Determinanten der Bildrekonstruktion.
3
jSchichtdicke
Die rekonstruierte Schichtdicke definiert die Dicke des einzelnen Schnittbilds aus dem Datenvolumen. Die minimal zu rekonstruierende Schichtdicke ist durch die benutzte Detektorkollimation limitiert; es können ausschließlich Bilder mit gleicher oder größerer Schichtdicke rekonstruiert werden. jRekonstruktionsalgorithmen > Grundlegend unterscheiden wir verschiedene Rekonstruktionsverfahren (. Abb. 3.1). Rekonstruktion der Daten mittels 1. gefilterter Rückprojektion (engl. »filtered back projection«), 2. iterativer Rekonstruktion.
Der klassische Rekonstruktionsalgorithmus ist die gefilterte Rückprojektion. Dabei wird das Schwächungsprofil in der gemessenen Richtung (Darstel-
b
. Abb. 3.1 Thoraxuntersuchung rekonstruiert mittels gefilterter Rückprojektion (a) und iterativer Rekonstruktion (b)
26
3
Kapitel 3 · Protokollparameter und Bildqualität
lung im Sinogramm) nach entsprechender Filterung in den Bildspeicher addiert. Für die Rekonstruktion eines axialen Schichtbilds sind bei diesem Verfahren akquirierte Projektionsdaten aus mind. 180° erforderlich. Die Filterung erfolgt durch die Anwendung eines mathematischen Hochpassfilters (sog. Faltungskern) zur Erzeugung von Objektkanten. Wir unterscheiden harte und weiche Faltungskerne, die einen Einfluss auf die Bildqualität haben (7 Abschn. 3.3). Bei der Benutzung der iterativen Rekonstruktion wird eine Korrekturschleife bei der Bilderzeugung eingeschaltet. Hierbei werden nichtvorhandene Projektionsdaten künstlich erzeugt und mit den gemessenen Rohdaten iterativ (= sich wiederholend) verglichen. Bildauflösung und Bildrauschen sind bei diesem Verfahren entkoppelt und hängen von der Anzahl der Wiederholungen ab. Limitierend sind aktuell begrenzte Rechenleistungen zur mathematischen Messsystem-Simulation. Verschiedene Anwender bieten iterative Rekonstruktionsalgorithmen aktuell im Bildraum nach herkömmlicher Rekonstruktion an. Diese Produkte reduzieren das Bildrauschen und Artefakte (s. auch 7 Kap. 23).
3.3
Patienten durch den Röntgenfächer, der die einzelnen Detektorelemente »belichtet«. Die akquirierten Daten beschreiben ein Volumen, welches aus 3-dimensionalen Bildelementen – den Voxeln – zusammengesetzt ist. > Da die Bewegung in z-Richtung inkonsistente Datensätze liefert, müssen zur Bildrekonstruktion Interpolationsverfahren angewendet werden. Diese erlauben die Berechnung eines planaren Datensatzes für jede definierte Tischposition. Es werden somit artefaktfreie Einzelbilder mit beliebigen Überlappungen erzeugt, d. h. rekonstruiert.
Bei der sequenziellen Datenakquisition entstehen Schichtaufnahmen durch das Aufnehmen transversaler Projektionen. Die Röhre und der Detektor rotieren um den Patienten, während eine einzelne – für den Aufnahmezeitpunkt festgelegte – Tischposition eingehalten wird. Die Aufnahme wird entsprechend der Länge des Untersuchungsvolumens, nachdem der Tisch max. um den Wert n × C vorgeschoben wurde, wiederholt. Das Bild wird aus den resultierenden Projektionsdaten berechnet.
3.4
Bildqualität
3.4.1
Das Bild
Aufnahmeverfahren
> Grundlegend unterscheiden wir verschiedene Aufnahmeverfahren mit der CT. Die Akquisition der Daten erfolgt 1. als Spiral-CT mit den Kenngrößen: p, n × C; ST/RI 2. sequenziell mit den Kenngrößen: n × C, ST p Pitch, n Anzahl der aktiven Detektorzeilen, C Kollimation, ST Schichtdicke (7 Abschn. 3.2.2), RI Rekonstruktionsinkrement (7 Abschn. 3.2.2)
Bei der Datenakquisition mittels Spiral-CT wird der Patient auf dem Untersuchungstisch in z-Richtung kontinuierlich durch das Messfeld bewegt. Die Gantry mit der Röntgenröhre und dem Detektor kreist um den Patienten mit der Rotationszeit T. Aus den Bewegungen des Untersuchungstischs und der Gantry resultiert eine spiralförmige Abtastung des
Das CT-Bild bildet die Schwächung der Volumenelemente einer definierten Schicht ab. Das sog. Voxel definiert dabei einen 3-dimensionalen Pixel und kodiert Absorptionswerte. Das CT-Bild beschreibt hierbei nicht absolute Schwächungswerte (μ-Werte), sondern Hounsfield-Einheiten (dimensionslos) in Relation zum Schwächungswert von Wasser. > Das CT-Bild repräsentiert die gemessenen Schwächungswerte als Hounsfield-Einheiten, d. h. in Relation zum Schwächungswert von Wasser: HE =
1000 (μ – μHsO) μHsO
HE Hounsfield-Einheiten, μ Absorptionswert 6
27 3.4 · Bildqualität
Wasser und Luft haben die HounsfieldEinheiten 0 und -1000. Medizinische CTScanner operieren in einem Bereich von -1024 bis +3071. jFensterung
Die abgebildeten Hounsfield-Einheiten im CT-Bild werden als Grauwerte repräsentiert. Da das menschliche Auge jedoch nicht beliebig viele Graustufen gleichzeitig auflösen und zu unterscheiden vermag, werden CT-Bilder in verschiedenen Fenstern betrachtet. Entsprechend des radiologisch-diagnostisch relevanten Dichtebereichs kann dem Bild dynamisch eine HE-Weite und ein HE-Zentrum zugeschrieben werden. Dies bedeutet, dass nur Hounsfield-Einheiten innerhalb des durch Fensterweite und -zentrum definierten Bereichs dargestellt werden. Dies gewährleistet die adäquate Erfassung der Bildinformationen durch das Auge des Radiologen (. Abb. 3.2).
3.4.2
Die Bildqualität kann quantitativ und qualitativ beurteilt werden. jPixelrauschen
Das Pixelrauschen setzt sich zusammen aus dem Rauschen der eigentlichen Messwerte (Quantenrauschen), dem elektronischen Rauschen des Detektors und dem Rauschen der Projektionsdaten. Das Pixelrauschen folgt der Poisson-Verteilung. Es wird quantifiziert als Standardabweichung der Hounsfield-Einheiten im CT-Bild (konventionell in der Luft außerhalb des abgebildeten Volumens gemessen). Vereinfacht zusammengefasst gilt, dass das Pixelrauschen proportional zur Dosis ist. > Das Rauschen der Messwerte ist umgekehrt proportional zur Schichtdicke und der Anzahl der Photonen, die auf den Detektor treffen: 1 σ= . qST · N σ Rauschen, ST Schichtdicke, N Anzahl der Photonen
Die Qualitätsparameter
> Die Bildqualität hängt von der Kollimation und der Fokusgröße ab, welche die Qualität der einzelnen Schwächungsprofile bestimmen.
a . Abb. 3.2 Thoraxphantombild bei unterschiedlicher Fensterung. Das Lungenfester (a; Fensterzentrum -600 HE/Fensterbreite 1 200 HE) ermöglicht die Detektion der zirkulären hypodensen Läsion links pulmonal (Pfeil, nicht sichtbar in b);
3
Aus dieser Formel folgt die radiologische Regel: Entweder führt die Verdoppelung des mAs-Produkts oder die Verdoppelung der Schichtdicke zu einer Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhält– nisses um den Faktor q2 (. Abb. 3.3).
b das Weichteilfenster (b, 40/400 HE) wiederum ermöglicht die Detektion der median lokalisierten, zirkulären hypodensen Läsion mediastinal (Pfeilspitze, vgl. a)
28
Kapitel 3 · Protokollparameter und Bildqualität
3
. Abb. 3.3 Thoraxphantom mit 100 und 200 mAs, 80 und 120 kVp sowie nach Rekonstruktion mit Schichtdicken von 1 und 5 mm. Identischer Faltungskern und Fensterung
Praxistipp
Das Rauschen (. Abb. 3.3) kann reduziert werden durch 1. höhere Röhrenstrom-Zeit-Produkte (Röhrenstrom und auch längere Rotationszeiten T ), 2. höhere Röhrenspannungen, 3. erhöhte Schichtdicke ST, breitere Detektorkollimation C (Cave: verringerte Ortsauflösung), 4. die Verwendung weicherer Faltungskerne oder iterativer Korrekturschleifen bei der Bildrekonstruktion.
Darüber hinaus hängt das Rauschen in der Mehrzeilen-CT vom Pitch ab. Mathematische Algorithmen ermöglichen die Reduktion des Pixelrauschens durch die Interpolation von redundanten Daten. Cave: Dies trifft jedoch nur auf nicht-EKGgetriggerte Untersuchungen zu.
jKontrast
Der Kontrast beschreibt den Helligkeitsverlauf zwischen 2 Bildpunkten eines CT-Bildes. Der Kontrastumfang (oder Dynamik) beschreibt den Intensitätsunterschied zwischen dem hellsten und dunkelsten Punkt eines Bildes. Es besteht eine Proportionalität zwischen der Dosis und dem Kontrast. Der Kontrast bei der CT wird ebenfalls durch die Dichte des Gewebes bestimmt. Häufig und analog zum Signal-zuRausch-Verhältnis (s. unten) wird der Kontrast als Verhältnis zum Pixelrauschen ausgedrückt. > Das Röhrenstrom-Zeit-Produkt und die Röhrenspannung bestimmen nicht nur entscheidend die Bildqualität, sondern auch die Dosis (7 Kap. 19 und 20). Die Auswahl des adäquaten Röhrenstrom-Zeit-Produkts hängt von der jeweiligen Fragestellung und Untersuchung ab. Höhere mAs-Werte verringern das Bildrauschen und verbessern die Erkennbarkeit geringer Kontraste. 6
29 3.5 · Weiterführende Literatur
Für Untersuchungsvolumen mit 1. hohem Kontrast (z. B. Skelett, Lunge, nach Kontrastmittelapplikation) sind geringere Dosen für dünne Schichten suffizient; 2. niedrigem Kontrast (z. B. Abdomen, Gehirn) werden höhere Dosen und Schichtdicken für adäquate Kontraste benötigt. jSignal
Durch die Abtastung des Untersuchungsvolumens mit der CT wird ein digitales Signal durch die Detektorsysteme generiert. Beschrieben als Signal-zuRausch-Verhältnis verbindet dieser Parameter das Signal mit dem Rauschen und beschreibt die Bildqualität der CT-Untersuchung. Die qualitative Beurteilung der Bildqualität beinhaltet das Erkennen und die Beurteilung von Artefakten und wird in 7 Kap. 4 erläutert.
3.5
Weiterführende Literatur
Buzug TM (2004) Einführung in die Computertomographie : mathematisch-physikalische Grundlagen der Bildrekonstruktion. Springer, Berlin Primak AN, McCollough CH, Bruesewitz MR, Zhang J, Fletcher JG (2006) Relationship between noise, dose, and pitch in cardiac multi-detector row CT. Radiographics 26: 1785– 1794 Prokop M (2002) Radiation dose and image quality in computed tomography. Rofo 174: 631–636
3
4
Erkennung und Vermeidung von Artefakten Nicola Glaser-Gallion, Paul Stolzmann
4.1
Einleitung
– 32
4.2
Einteilung der Artefakte
4.3
Artefakte
4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4
Physikalische Artefakte – 32 Patientenverursachte Artefakte – 35 CT-System-basierte Artefakte – 37 Rekonstruktionsartefakte – 39
4.4
Weiterführende Literatur
– 32
– 32
– 39
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_4, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
4
32
Kapitel 4 · Erkennung und Vermeidung von Artefakten
4.1
Einleitung
Als Artefakt in der CT gilt die Diskrepanz der abgebildeten Schwächungswerte von der tatsächlich im Untersuchungsvolumen enthaltenen Schwächung. Das Erkennen von Artefakten ist für den interpretierenden Radiologen entscheidend, um Fehlbefunde zu vermeiden. Entsprechend wichtig ist das Erkennen von Artefakten, um geeignete Maßnahmen zur Vermeidung und/oder Reduktion zu ergreifen. Dieses Kapitel erklärt Ursachen verschiedener Artefakte in der CT, gibt Anleitung zu ihrer Erkennung und erläutert Möglichkeiten zur Vermeidung und Reduktion.
4.2
Einteilung der Artefakte
Folgende 4 Ursachen für Artefakte werden unterschieden: 1. Physikalische Artefakte (7 Abschn. 4.3.1): Physikalische Artefakte resultieren aus dem Messprozess während der Datenakquisition mittels CT. 2. Patientenverursachte Artefakte (7 Abschn. 4.3.2): Diese Artefakte resultieren aus Patientenbewegung (z. B. Atmung, Herzbewegung) und/oder Fremdkörpern inner- und außerhalb des Untersuchungsvolumens (z. B. Metallimplantate, Schmuck). 3. CT-System-basierte Artefakte (7 Abschn. 4.3.3): Diese Artefakte entstehen durch Ungenauigkeit oder Fehler der Messtechnik. 4. Rekonstruktionsartefakte (7 Abschn. 4.3.4): Rekonstruktionsartefakte beschreiben Artefakte, die aus dem Prozess der Bildnachbearbeitung resultieren. Von diesen qualitativen Artefakten werden stochastische Artefakte wie z. B. das Bildrauschen unterschieden (7 Kap. 3).
4.3
Artefakte
4.3.1
Physikalische Artefakte
Physikalische Artefakte resultieren aus dem Messprozess der CT-Datenakquisition.
jAufhärtungsartefakte
Die in der CT verwendete Röntgenstrahlung besteht aus einem Spektrum von Photonen mit höherer und niedrigerer Energie. Mit zunehmender Dichte und Dicke des zu untersuchenden Körpers wird die niederenergetische Strahlung stärker als die höherenergetische Strahlung absorbiert, wobei die letztere das Gewebe besser durchdringt. Dieses Phänomen wird als sog. Strahlungsaufhärtung bezeichnet. Dieser Effekt kann unkorrigiert zu Störungen des rekonstruierten Datensatzes führen. Strahlungsaufhärtungsartefakte repräsentieren sich in den rekonstruierten CT-Bildern entweder als sog. Cupping oder als Streifenartefakte. Da das Schwächungsverhalten eines Materials energieabhängig ist (7 Kap. 18), hat ein Volumenelement des gleichen Materials in größerer Objekttiefe einen geringeren Schwächungskoeffizienten. In der Annahme eines bestrahlten zylindrischen Phantoms führt dies zu einem Absinken der gemessenen Schwächungswerte in Richtung des Zentrums (. Abb. 4.1). Das gemessene Schwächungsprofil weicht daher vom idealen und wahren Profil ab. Diesen Effekt bezeichnet man als Cupping. Streifen und/oder dunkle Bänder entstehen ebenfalls durch Strahlungsaufhärtung, v. a. an Grenzen von Geweben mit stark unterschiedlichen Schwächungswerten (z. B. Knochen und Luft, Knochen und Hirngewebe). Auch durch die Applikation von Kontrastmittel können Streifenartefakte mit angrenzenden Dichteabsenkungen und Anhebungen durch Aufhärtungsartefakte entstehen (. Abb. 4.2). Verschiedene Filterungen der Röntgenstrahlung werden angewendet, um Artefakte durch Strahlungsaufhärtung zu reduzieren: Der niederenergetische Anteil der Strahlung wird in der Regel durch einen Vorfilter an der Röntgenröhre absorbiert. Ein 2. Filter härtet das Spektrum in der Peripherie des Untersuchungsvolumens auf, wo das zu scannende Patientenvolumen geringer ist. Darüber hinaus tragen softwarebasierte Rechenalgorithmen und die Kalibrierung des CT-Systems (. Abb. 4.1) durch die Hersteller zur Reduktion von Aufhärtungsartefakten bei.
33 4.3 · Artefakte
a . Abb. 4.1 Schematische CT-Abbildung eines zylindrischen Wasserphantoms mit Cupping. Absinken der HU-Werte in Richtung des Zentrums durch Strahlungsaufhärtung ohne
a
4
b Kalibrierung des Systems (a) sowie gleichmäßige Darstellung nach Kalibrierung (b)
b
. Abb. 4.2 Streifige Aufhärtungsartefakte durch Kontrastmittel in der Vena subclavia links (a, Pfeil) und in der Vena cava superior sowie im rechten Vorhof bei einer Thorax-CT (b)
Praxistipp
Die Rekonstruktion von Bildern mit größerer Schichtdicke kann die Ausprägung von Aufhärtungsartefakten reduzieren.
jPartialvolumenartefakte
Partialvolumenartefakte entstehen, wenn innerhalb des gleichen Voxels Materialien mit unterschiedlichen Absorbtionskoeffizienten abgebildet werden. Dringt
ein Teil des Strahls durch den Bereich mit dem Röntgenschwächungskoeffizienten μ1 und ein anderer Teil des Strahls durch einen Bereich μ2, und treffen diese beiden Teilstrahlen auf den gleichen Detektor, so registriert dieser eine nichtlineare Mittelung aus μ1 und μ2 über der verwendeten Kollimation (und/oder Schichtdicke). Dieser vom Computer gemittelte Schwächungswert entspricht somit nicht dem realen Dichteprofil der abzubildenden Struktur. Dieses Mittelungsartefakt ist daher insbesondere von Bedeutung bei der Rekonstruktion großer Schichtdicken.
4
34
Kapitel 4 · Erkennung und Vermeidung von Artefakten
a
b
. Abb. 4.3 Schematische Darstellung des Partialvolumenartefakts, resultierend aus partieller Abbildung des oben und lateral lokalisierten hyperdensen Quaders bei Gantryposition G = 0°, jedoch nicht bei G = 180° (a). Die Divergenz der Röntgenstrahlen verursacht Partialvolumenartefakte mit Schattenentstehung (b), Quader mit kantenscharfer Abbildung nahe des Isozentrums (a, b)
Darüber hinaus spricht man von Partialvolumenartefakten, wenn Objekte, die sich nicht im Isozentrum des CT-Systems befinden, mit zur Bildrekonstruktion nicht ausreichenden Projektionen gemessen werden. Sie entstehen, wenn fern des Isozentrums gelegene Objekte nur partiell – verursacht durch die Divergenz der Röntgenstrahlen – durch Röntgenstrahlen auf dem Detektor gemessen werden (d. h. nur bei bestimmten Projektionswinkeln). Im Bild prägen sich diese Partialvolumenartefakte als Schatten eigens dichter Objekte aus (. Abb. 4.3, vgl. Unterabtastung). Praxistipp
Partialvolumenartefakte werden durch die Verwendung dünnerer Schichtdicken und durch die Erhöhung der gemessenen Projektionen reduziert. Insbesondere bei kontrastreichen Gewebeabschnitten (wie z. B. Lungenparenchym) sollte die Schichtdicke möglichst klein gewählt werden.
. Abb. 4.4 Photon-starvation-Artefakt durch anliegenden rechten Arm mit streifenförmig erhöhtem Bildrauschen (Pfeile)
tonen auf den Detektor (z. B. stärkere Schwächung bei lateralem Strahlengang durch Schulter). Dies führt bei der Rekonstruktion des CT-Bildes zu streifigen Bildanteilen mit erhöhtem Bildrauschen (. Abb. 4.4). Praxistipp
Durch die Verwendung einer schwächungswertbasierten Modulation des Röhrenstroms (7 Kap. 23) und/oder einer adaptiven Filterung (s. oben, Aufhärtungsartefakte) können Artefakte durch »Photon starvation« reduziert werden.
Falls die Arme während einer Thorax-/AbdomenCT nicht über dem Kopf gelagert werden können, muss ein genügend hoher Röhrenstrom gewählt werden, um das zusätzliche Durchstrahlungsvolumen auszugleichen. Die Arme sollten dann besser vor, d. h. ventral, als neben dem Körper gelagert werden (7 Kap. 17). jUnterabtastung
jPhoton starvation
Das Photon-starvation-Artefakt (engl. »starvation« = Verhungern, Hungersnot) definiert ein verstärktes Bildrauschen in bestimmten Bildanteilen, das durch eine erhöhte Abschwächung der Röntgenstrahlung durch Unterschiede in der Morphologie verursacht. Im Untersuchungsvolumen treffen aus bestimmten Projektionen weniger Pho-
Unterabtastung (engl. »undersampling«) bezeichnet die zu geringe Aufnahme oder Verwendung von Projektionsdaten, die zur artefaktfreien Rekonstruktion von CT-Bildern benötigt werden. Werden zu wenige Projektionsdaten aufgenommen, d. h., wird das zu durchstrahlende Objekt in zu wenigen oder großen Winkelschritten gemessen, treten sog. Aliasing-Effekte auf. Dieser Effekt führt zur Entste-
35 4.3 · Artefakte
hung von feinen, potenziell gitternetzartigen Linien in unmittelbarer Nähe von Objektkanten. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieses »aliasings« wird minimiert, indem versucht wird, eine ausreichend große Anzahl von Projektionen per Rotation zu akquirieren.
terabtastung von »photon starvation« (s. oben) abgegrenzt werden.
4.3.2
Patientenverursachte Artefakte
Patientenverursachte Artefakte resultieren aus Patientenbewegung, Atmung, Herzbewegung und/oder dichten Fremdkörpern inner- und außerhalb des Körpers.
Praxistipp
Bestimmte CT-Scanner erlauben die Erhöhung der Anzahl der akquirierten Projektionsdaten nur, wenn gleichzeitig eine niedrigere Rotationsgeschwindigkeit der Gantry verwendet wird.
jMetallartefakte
> Artefakte durch Unterabtastung werden dann verursacht, wenn das im Scanner enthaltene Untersuchungsvolumen größer ist (z. B. Adipositas, Arme nicht über Kopf gelagert) oder sich außerhalb (z. B. intravenöser Zugang zur Kontrastmittelapplikation) des Scan-field-of-View befindet.
Das Untersuchungsvolumen außerhalb des Scanfield-of-View verursacht Artefakte, es ist jedoch nicht auf dem rekonstruierten Bild sichtbar. Differenzialdiagnostisch kann so »aliasing« durch Un-
a
4
Artefakte durch metallische Fremdkörper bewirken eine Aufhärtung der Röntgenstrahlung. Diese Aufhärtung verursacht regelmäßig deutliche Streifen und Schlieren (engl. »streaking«; . Abb. 4.5). Dieses Problem betrifft nicht nur metallische Materialien, sondern ebenfalls Materialien, die signifikant Photonen einer spezifischen Energie absorbieren. Dies führt zu starken Inhomogenitäten der Messdaten. Chirurgische Implantate (z. B. Zahnimplantate, Hüftprothesen und Osteosynthesematerial) können so zu einer fast vollständigen Strahlenabsorption mit ausgeprägten Streifenartefakten und vollständiger Überlagerung der Nachbarorgane führen. Andererseits verursachen kleine Metallfremdkörper
b
. Abb. 4.5 Metallartefakte auf koronaren (a) und axialen (b) Reformationen bei Status nach mehrsegmentaler Spon-
dylodese mit Überlagerung der benachbarten Strukturen inkl. des Spinalkanals
36
Kapitel 4 · Erkennung und Vermeidung von Artefakten
(z. B. chirurgische Klammernähte) aufgrund ihres geringen Volumens kaum Metallartefakte.
Auftreten von Bewegungsartefakten erschwert. Die Unterscheidung dieses Artefakts von einer Fraktur kann schwierig sein.
Praxistipp
> Durch Körperbewegung verursachte Doppelkonturen müssen von Frakturen unterschieden werden (. Abb. 4.6).
Metallobjekte (z. B. Schmuck, Zahnersatz) sollten vor einer geplanten CT-Untersuchung zur Vermeidung von Metallartefakten aus dem Messfeld entfernt werden. Ist eine Entfernung nicht möglich (z. B. Implantate, Osteosynthesematerial), kann u. U. die Gantry anguliert werden, um das Metall nicht im Scanvolumen mit zu erfassen.
4
Praxistipp
Gute Instruktion und Vorbereitung des Patienten trägt zur Reduktion und im Idealfall zur Vermeidung von Körperbewegungsartefakten bei (7 Kap. 6). Darüber hinaus können Lagerungshilfen (und allenfalls Sedativa) sowie kurze Messzeiten zur Minimierung von Bewegungsartefakten führen.
jBewegungsartefakte
Bewegungsartefakte können nach der Art der Bewegung in Körperbewegungs-, Herzbewegungs(sog. Pulsationsartefakte) und Atemartefakte unterteilt werden. Körperbewegungsartefakte entstehen während der Datenakquisition. Durch die Bewegung des Patienten entstehen anatomische Inkonsistenzen in den gemessenen Projektionsdaten. Die auftretenden Streifen- und Doppelkonturen im rekonstruierten CT-Bild lassen den direkten Rückschluss auf das Ausmaß der Körperbewegung zu. Die Beurteilung vorzugsweise kleiner Strukturen wird durch das
a . Abb. 4.6 Koronare Reformation des Gesichtsschädels mit potenzieller Fraktur des Sinus maxillaris links (a, weißer Pfeil) und der Mandibula rechts (a, Pfeilspitze) durch Körperbewe-
Pulsationsartefakte werden durch die Herzbewegung verursacht. Die Pulsation des Herzens kann einerseits zu Mehrfachkonturen der thorakalen Gefäße und/oder andererseits zu einer unscharfen Abbildung der angrenzenden Organe (z. B. Lunge) führen. Bei der Anfertigung einfachoder doppelt-obliquer Rekonstruktionen verursacht die Herzpulsation eine Zähnelung mit größter Ausprägung entlang der z-Achse (sog. kymographischer Effekt).
b gungsartefakte (a, schwarzer Pfeil). Axiales CT-Bild des Beckens (b) mit nichtdiagnostischer Bildqualität wegen ausgeprägter Bewegungsartefakte
37 4.3 · Artefakte
4
> Eine potenziell auftretende Doppelkontur der Aortenwand durch Pulsationsartefakte des Herzens muss differenzialdiagnostisch von einer Dissektion der Aorta ascendens abgegrenzt werden (. Abb. 4.7). Zur Beurteilung der Aorta ascendens (z. B. bei Frage nach Typ-A-Dissektion) sind deshalb EKG-getriggerte Protokolle zu verwenden.
Pulsationsartefakte können grundsätzlich durch die Reduktion der gesamten Scanzeit und/oder durch die Erhöhung der zeitlichen Auflösung reduziert werden. Darüber hinaus sollen EKG-getriggerte CT-Protokolle zur Vermeidung von Pulsationsartefakten eingesetzt werden (7 Kap. 15). Atemartefakte entstehen durch Patientenatmung und werden den Bewegungsartefakten zugerechnet. Durch die Atemverschieblichkeit der Organe (z. B. Niere) können unscharfe Abbildungen oder Doppelkonturen verursacht werden. Erkennbar sind Atemartefakte durch Mehrfachkonturen der ventralen Anatomie und Undulationen der Oberfläche auf multiplanaren Rekonstruktionen. Bei der Benutzung von Multidetektor-CT-Systemen sind die axialen Schichten trotz dieser Artefakte diagnostisch beurteilbar. Praxistipp
Zusätzlich zur korrekten Anleitung des Patienten führt mehrfaches Ein- und Ausatmen direkt vor der Untersuchung zum Abbau von CO2 im Blut, wodurch die CO2-Atemantwort reduziert wird. Eine zusätzliche Sauerstoffapplikation reduziert die O2-getriggerte Atemantwort.
4.3.3
CT-System-basierte Artefakte
CT-System-basierte Artefakte entstehen durch Ungenauigkeiten oder Fehler in der Messtechnik. jRingartefakte
Ringartefakte resultieren entweder aus der fehlerhaften Funktion oder aus der mangelhaften Kalibrierung der Detektoreinheiten zueinander. Da Fehlmessungen konsistent an jeder Winkelposition
. Abb. 4.7 Pulsationsartefakte durch Herzbewegung mit Vortäuschen einer Dissektionsmembran in der Aorta ascendens (Pfeil)
erhoben werden, sind im CT-Bild exakt kreisförmige Ringe erkennbar (. Abb. 4.8). Die Kreismittelpunkte der Ringartefakte sind dabei mit der Rotationsachse des Scanners kongruent. Die hohe Empfindlichkeit sowie die hohe räumliche Auflösung moderner CT-Systeme erhöhen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieses technisch bedingten Artefakts. Die optimale Kalibrierung der Detektoren des CT-Systems verhindert das Auftreten von Ringartefakten. Wenn Ringartefakte auftreten, sollte eine Reparatur resp. Rekalibrierung des CT-Systems durchgeführt werden. jSpiralartefakt
Spiralartefakte resultieren aus einer notwendigen Interpolation der Messdaten, die zur Bildrekonstruktion der Spiral-CT-Projektionsdaten Voraussetzung ist. CT-Systeme interpolieren die mittels unterschiedlicher Detektorsysteme gemessenen Projektionsdaten in z-Richtung auf identische Tischpositionen. Dieser mathematische Prozess verursacht Spiralartefakte insbesondere bei der Rekonstruktion von Strukturen mit hohem Kontrast. Er wird anhand seines windmühlenartigen Erscheinungsbilds mit regelmäßigen, radial verlaufenden HellDunkel-Streifen identifiziert (. Abb. 4.9). Die »Windmühlenblätter« werden vom Betrachter beim »Blättern« durch kontinuierlich axiale Bilder als rotierend wahrgenommen.
38
Kapitel 4 · Erkennung und Vermeidung von Artefakten
a
b
4
. Abb. 4.8 Ringartefakte durch fehlerhafte Kalibrierung einer Detektoreineinheit (Pfeile) mit spiralförmigen Verlauf durch die axialen Bilder (a → b, kranio-kaudal)
Praxistipp
Die Akquisition der Daten mit dünner Schichtkollimation und die Rekonstruktion von Bildern mit größerer Schichtdicke vermindert Spiralartefakte.
. Abb. 4.9 Spiralartefakt mit windmühlenartig angeordneten regelmäßigen Streifen mit Punktum maximum nahe der rechten Orbita (Stern) bei der Untersuchung des Neurokraniums mittels Spiral-CT
Verschiedene Technologien existieren, um Spiralartefakte zu minimieren und sind durch verschiedene Hersteller realisiert (»z-sharp-« und »double-z-sampling«). Die Artefaktausprägung ist am deutlichsten, wenn die rekonstruierte Schichtdicke der CT-Bilder so groß ist wie die verwendete Detektorkollimation während der Akquisition, und das Rekonstruktionsinkrement einer halben Detektorkollimation gewählt wird. Dies ist der Fall, da auf den kollimierten und benachbarten Einzelschichten die »Windmühlenblätter« ähnliche Ausrichtungen haben.
Allerdings sinkt hierdurch die Auflösung in z-Richtung (7 Abschn. 4.3.1). Die Auswahl des Rekonstruktionsinkrements bedeutet einen Kompromiss der Vermeidung von Spiralartefakten und der optimalen Abtastung in z-Richtung. Das optimale Rekonstruktionsinkrement eines Protokolls ist daher > 0,5 und < 1,0 der verwendeten Detektorkollimation. Da sich Spiralartefakte also minimieren lassen, indem die Abtastung in z-Richtung verbessert wird, erlaubt die Verwendung eines geeigneten, meist durch die Hersteller in den vorprogrammierten Protokollen festgelegter Pitches die Reduktion der Spiralartefakte. Praxistipp
Zur Vermeidung von Spiralartefakten können Protokolle mit sequenzieller Datenakquisition (7 Kap. 3) vorgezogen werden.
jKegelstrahlartefakte
Kegelstrahlartefakte (engl. »cone beam artifacts«) resultieren aus der Geometrie des Röntgenfächers
39 4.4 · Weiterführende Literatur
bei der Mehrzeilen-CT. Durch die Verwendung mehrerer Detektorzeilen und einer im Idealfall punktförmigen Röntgenquelle divergieren die Röntgenstrahlen auf ihrem Weg durch die Gantry. Trotz dieser physikalischen Divergenz in z-Richtung wird zur Bildrekonstruktion (mittels gefilterter Rückprojektion, 7 Kap. 3) näherungsweise eine parallele Geometrie der Strahlen angenommen. Da jedoch die Divergenz der Röntgenstrahlung durch Cone-beam-Geometrie eine geometrische Verzerrung des gemessenen Voxels verursacht, die mit der Entfernung zum Rotationszentrum zunimmt, entstehen Kegelstrahlartefakte. Je mehr Zeilen ein CT-System zur Messung benutzt, desto stärker ist diese geometrische Verzerrung und die Ausprägung der Kegelstrahlartefakte. Diese Artefakte ähneln im Aussehen den bereits bekannten Partialvolumenartefakten und befinden sich vornehmlich fern des Isozentrums. Zur Kompensation verwenden die Hersteller sog. Cone-beam-Rekonstruktionsalgorithmen. Dem Benutzer steht in der Regel keine Möglichkeit zur Verfügung, Kegelstrahlartefakte zu eliminieren.
4.3.4
Rekonstruktionsartefakte
Rekonstruktionsartefakte beschreiben Artefakte, die aus dem Prozess der Bildnachbearbeitung resultieren. jMultiplanare und 3-D-Rekonstruktionen
Stufenartefakte entstehen, wenn einerseits eine große Kollimation und nichtüberlappende Rekonstruktionsintervalle verwendet werden. Andererseits kann es bei der Verwendung von Protokollen mit sequenzieller Datenakquisition (7 Kap. 3) zu Stufenartefakten kommen. Tritt zwischen 2 sequenziellen Aufnahmeschritten Bewegung auf (7 Abschn. 4.3.2), resultiert eine anatomische Verschiebung mit Stufenbildung auf Reformationen in zRichtung. Eine überlappende Datenakquisition und die Rekonstruktion von Bildern mit dünner Schichtdicke reduzieren das Auftreten von Stufenartefakten. Zur Vermeidung von Stufenartefakten bei der Herzbildgebung werden sequenzielle CT-Protokolle mit EKG-Synchronisation eingesetzt.
4.4
4
Weiterführende Literatur
Barrett JF, Keat N (2004) Artifacts in CT: recognition and avoidance. Radiographics 24: 1679–1691 Kalender WA (2000) Computed tomography: fundamentals, system technology, image quality, applications. PublicisMCD, München Lee MJ, Kim S, Lee SA, Song HT, Huh YM, Kim DH, Han SH, Suh JS (2007) Overcoming artifacts from metallic orthopedic implants at high-field-strength MR imaging and multidetector CT. Radiographics 27: 791–803
5
Postprocessing Jürgen Fornaro
5.1
Einleitung
– 42
5.2
2-D-Verfahren
– 42
5.2.1 Multiplanare Reformation – 42 5.2.2 Projektion der maximalen Intensität
5.3
3-D-Verfahren
– 44
– 45
5.3.1 Indirekte Volumendarstellungstechnik – 45 5.3.2 Direkte Volumendarstellungstechnik – 45
5.4
Weiterführende Literatur
– 46
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_5, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
5
42
Kapitel 5 · Postprocessing
5.1
Einleitung
Die Entwicklung der CT-Technologie der letzten Jahre hat einerseits zu einer Verbesserung der Diagnostik, aber andererseits zu einer im Alltag kaum zu bewältigenden Bilderflut geführt. Eine CT-angiographische Untersuchung geht bspw. mit bis zu 5 000 axialen Bildern einher. Es liegt daher nah, solche Untersuchungen nicht mehr als eine Serie von Bildern zu betrachten, sondern primär als ein Volumen von Informationen. Entwicklungen der Computertechnologie und Bildbearbeitung ermöglichen es, durch verschiedene Techniken der 2-D- und 3-D-Visualisierung sowie durch automatische Nachverarbeitungsmethoden dem Radiologen die qualitative und quantitative Auswertung von CT-Datensätzen zu erleichtern. Auch die Ansprüche der zuweisenden Kliniker, insbesondere der chirurgischen Disziplinen, sind gestiegen: Es wird vom Radiologen nicht nur die korrekte Beurteilung der Untersuchung erwartet, sondern auch eine Bilddokumentation, die diese Beurteilung möglichst intuitiv und umfassend ersichtlich macht und den Kliniker in seiner Behandlungswahl unterstützt. Jede der in diesem Kapitel beschriebenen Methoden hat dabei ihre speziellen Vor- und Nachteile, sodass die jeweilige Auswahl dem Anwendungsbereich angepasst werden muss. Praxistipp
4 Voraussetzung für eine diagnostische Nachverarbeitung ist eine ausreichende Qualität der zugrunde liegenden axialen Bilder. Diese kann sowohl während der Datenakquisition (durch eine falsche Protokollwahl oder fehlende Compliance des Patienten) als auch während der Bildrekonstruktion (durch eine falsche Wahl der Parameter Rekonstruktionsschichtdicke, -intervall und -kernel) beeinträchtigt werden. 4 Es sollten möglichst isotrope Datensätze erstellt werden, bei denen die räumliche Auflösung in allen Raumrichtungen annähernd gleich ist. 4 In der Regel soll eine Überlappung der axialen Bilder von 50 % gewählt werden. 4 Dadurch können die Volumendaten in beliebiger Orientierung bei konstant bleibender Bildqualität ausgewertet werden.
5.2
2-D-Verfahren
5.2.1
Multiplanare Reformation
Die Multiplanare Reformation (Multiplanar Reformation, MPR) ist die einfachste und wichtigste Nachverarbeitungsmethode, bei der Bilder entlang einer durch den CT-Datensatz gelegten Ebene mit einer Schichtdicke von 1 Voxel generiert werden. Die Orientierung der Rekonstruktionsebene kann dabei orthogonal (koronal, sagittal) zu den axialen Primärbildern oder auch beliebig (oblique) gewählt werden (. Abb. 5.1a–d). Durch die 3-D-Anatomie von Blutgefäßen oder des Darmes sind diese Strukturen in axialen Bildern häufig in einem ungünstigen Winkel angeschnitten oder durch Partialvolumeneffekte schwierig zu beurteilen. Die Betrachtung der Bilddaten in einer weiteren, komplementären Orientierung ist deshalb von Vorteil. Bei der gekrümmten MPR (Curved MPR) erfolgt die Rekonstruktion entlang einer beliebig definierbaren Fläche (. Abb. 5.1e). Durch die gekrümmte MPR kann die Rekonstruktionsfläche an die zu untersuchende Zielstruktur angepasst werden. Dadurch kann z. B. der gesamte Verlauf eines Blutgefäßes (jedoch nur in Ausnahmefällen auch dessen Seitenäste) oder des Pankreas in einem einzigen Bild dokumentiert werden. Die manuelle Definition der Rekonstruktionsfläche ist zeitaufwändig und anfällig für die Erzeugung von Pseudoläsionen wie z. B. falsch-positiver Gefäßstenosen (. Tab. 5.1). Durch automatische Methoden konnten hier deutliche Verbesserungen erzielt werden. Die Dickschicht-MPR (Thick-Slab-MPR) ist eine weitere Variante, bei der mittels verschiedener Projektionsverfahren mehr als nur eine 1 Voxel breite Schicht des CT-Datensatzes orthogonal zur Rekonstruktionsfläche erfasst wird (. Abb. 5.1f). Mit der Dickschicht-MPR werden bei Auswahl einer geeigneten Schickdicke Strukturen umfassender abgebildet (z. B. ein ganzer Gefäßbaum) unter Vermeidung von Überlagerungen (z. B. durch das Skelett). Die Projektion der mittleren Intensität (Average Intensity Projektion, AIP) bildet die mittleren Dichtewerte der von virtuellen Strahlen geschnittenen Voxel ab. Dadurch wird das Bildrauschen vermindert und der Kontrast erhöht.
43 5.2 · 2-D-Verfahren
a
b
c
d
e
f
5
. Abb. 5.1 2-D-Verfahren. 68-jährige Patientin mit Lungenembolien. a axiales Bild, b koronale, c sagittale, d oblique und e gekrümmte MPR, f Dickschicht-MPR (AIP)
. Tab. 5.1 Vor- und Nachteile der verschiedenen Nachverarbeitungsmethoden
2-D
3-D
Methode
Vorteile
Nachteile
MPR
Am wenigsten anfällig für falsche Manipulation
Rekonstruktionsebene kann nur begrenzt der Zielstruktur angepasst werden
Gekrümmte MPR
Rekonstruktionsfläche kann der räumlichen Ausdehnung der Zielstruktur angepasst werden
Abbildung verzweigter Strukturen in der Regel nicht möglich, ungünstig gewählte Rekonstruktionsfläche kann Pseudoläsionen erzeugen
MIP
Abbildung verzweigter Strukturen, hoher Bildkontrast, angiographieähnliche Bilder
Überlagerung durch umgebende dichte Strukturen, Verlust der räumlichen Beziehungen
Dünnschicht-MIP
Im Idealfall keine Überlagerung durch umgebende dichte Strukturen
Eingeschränkte Abbildung verzweigter Strukturen
SSD
Realitätsnahe Abbildung, Abbildung verzweigter Strukturen, erhaltene räumliche Beziehungen
Informationsverlust und Grenzflächen-Artefakte durch binäre Klassifikation der CT-Daten
Direkte VRT
Realitätsnahe Abbildung, hoher Informationsgehalt in einem Bild, Abbildung verzweigter Strukturen, erhaltene räumliche Beziehungen
Häufig zeitaufwändig, anfällig für falsche Manipulation
44
Kapitel 5 · Postprocessing
Praxistipp
1. Die Durchsicht des CT-Datensatzes erfolgt initial anhand der axialen Primärbilder. 2. Entsprechend der Fragestellung wird die Rekonstruktionsebene in einem 2. Schritt der Zielstruktur angepasst. Häufig können dadurch Unklarheiten beseitigt werden (Partialvolumeneffekt). 3. Die gekrümmte MPR dient primär der Dokumentation und nicht der Diagnostik.
5
5.2.2
Projektion der maximalen Intensität
Die Projektion der maximalen Intensität (Maximum Intensity Projection, MIP) ist ein 2-D-Projektionsverfahren, bei dem entlang der von einer virtuellen Kamera durch den CT-Datensatz gesendeten Strahlen jeweils nur der Voxel mit der höchsten
Dichte abgebildet wird. Die Dickschicht-MPR unter Verwendung der MIP als Projektionsverfahren wird auch Dünnschicht-MIP (Thin-slab-MIP) genannt. Die MIP ist dann von Vorteil, wenn die untersuchten Strukturen eine hohe Dichte aufweisen wie bspw. die kontrastierten Blutgefäße in der CT-Angiographie. Sie kann dadurch angiographieähnliche Bilder aus beliebigen Blickwinkeln erzeugen. Wesentliche Nachteile der MIP sind die Überlagerung durch weitere dichte Strukturen, wie verkalkte atherosklerotische Plaques oder das Skelett, sowie der Verlust der räumlichen Beziehungen (. Tab. 5.1). Ersterer kann durch die Verwendung der DünnschichtMIP (. Abb. 5.2) oder durch vorausgehendes Editieren des CT-Datensatzes, z. B. durch Segmentierung des Skeletts mit anschließendem Löschen der selektierten Voxel, vermieden werden. Eine spezielle Variante ist die angiographische Ansicht (Angiographic View, AGV) in der CT-Angiographie des Herzens, bei der für die Darstellung der Koronararterien die perikardialen Strukturen und die kontrastierten Herzhöhlen in dieser Art editiert werden.
a
b
c
d
. Abb. 5.2 2-D-Verfahren. 68-jährige Patientin mit Lungenembolien. MIP mit ansteigender Schichtdicke: a 5 mm, b 15 mm, c 25 mm und d 55 mm
45 5.3 · 3-D-Verfahren
5
Direkte Volumendarstellungstechnik
Praxistipp
5.3.2
1. Die MIP bietet die größten Vorteile bei CTAngiographien. 2. Überlagerungen mit extravaskulären Strukturen können durch vorgängiges Editieren des CT-Datensatzes oder durch die Verwendung der Dünnschicht-MIP (CineModus) vermieden werden.
Bei der direkten Volumendarstellung (VolumeRendering-Technik, VRT) erfolgt die Klassifikation, also die Zuordnung eines Voxels zu einer Struktur (z. B. Knochen, Blutgefäße oder Weichteile), nicht binär wie bei der SSD. Klassifikation CT-Dichtebereiche können verschie-
5.3
3-D-Verfahren
Grundsätzlich wird bei der Volumendarstellungstechnik zwischen direkter und indirekter Volumendarstellung unterschieden. Bei beiden Methoden bleiben die räumlichen Beziehungen im Gegensatz zur MIP erhalten.
5.3.1
Indirekte Volumendarstellungstechnik
Die Indirekte Volumendarstellungstechnik (Surface Shaded Display, SSD) beinhaltet die Segmentierung interessierender Strukturen, die Erstellung eines Oberflächenmodells der resultierenden Grenzflächen im segmentierten CT-Datensatz und schließlich die Abbildung des Oberflächenmodells (. Abb. 5.3a). Die Segmentierung entspricht dabei einer binären Klassifikation meist anhand von Dichte-Schwellenwerten, d. h., ein Voxel wird einer Struktur entweder zu 100 % oder zu 0 % zugeordnet. Insbesondere an Grenzflächen beinhalten Voxel jedoch Anteile unterschiedlicher Gewebe, wodurch unerwünschte Bildartefakte entstehen können (. Tab. 5.1). In der Regel wird das Oberflächenmodell durch ein Dreiecksnetz repräsentiert. Einer virtuellen Lichtquelle zugewandte Dreiecke erscheinen dabei heller beleuchtet als der Lichtquelle abgewandte, schattierte Dreiecke. Dies unterstützt die 3-D-Wahrnehmung von Objekten. Die indirekte Volumendarstellung ist effizient möglich und wurde deshalb v. a. in den Anfangszeiten der 3-D-Bildgebung verwendet. Heute spielt sie in der Radiologie wegen o. g. Nachteile eine untergeordnete Rolle und wird nur noch in speziellen Bereichen wie der virtuellen Simulation verwendet.
denen Farbe-Opazität-Kombinationen zugeordnet werden (sog. Color-Lookup-Table, . Abb. 5.3b). Die Farbe identifiziert dabei eine bestimmte Struktur. Die Opazität kann frei im Bereich zwischen 0 % und 100 % variieren und ist ein Ausdruck des geschätzten Anteils der Struktur in einem Voxel mit entsprechender Dichte. Projektionsverfahren Die Abbildung des klassifi-
zierten Datensatzes erfolgt ähnlich der MIP durch ein Projektionsverfahren. Durch das sog. Compositing trägt jedoch im Gegensatz zur MIP potenziell jedes von einem virtuellen Strahl geschnittene Voxel zur Abbildung bei. Die Farbe und Opazität der durch den CT-Datensatz gesendeten Strahlen werden dabei durch die Farben und Opazitäten der klassifizierten Voxel nach einem optischen Modell moduliert. Dadurch ist die direkte Volumendarstellung rechenintensiver als andere Methoden, kann in einer Abbildung dafür aber potenziell deutlich mehr Informationen darstellen. Schattierung Auch die für die 3-D-Wahrnehmung
wichtige Schattierung ist bei der direkten Volumendarstellung möglich und unabhängig vom Compositing. Oberflächen sind implizit definiert als Bereiche hoher Dichtegradienten im CT-Datensatz, während die Orientierung der Oberflächen zu einer virtuellen Lichtquelle über die entsprechenden Gradientenvektoren berechnet werden kann. Der Vorteil der direkten Volumendarstellung gegenüber anderen Abbildungsmethoden konnte für diverse Anwendungsgebiete, speziell in der Gefäßdiagnostik, gezeigt werden (. Abb. 5.3c). Häufig ist sie die Methode der Wahl für die Demonstration pathologischer Befunde. Es muss jedoch beachtet werden, dass die Color-Lookup-Table dem jeweiligen CT-Datensatz angepasst werden muss und eine
46
Kapitel 5 · Postprocessing
5
a
c
b . Abb. 5.3 3-D-Verfahren. 73-jährige Patientin mit infrarenalem Bauchaortenaneurysma. a SSD, b Color-Lookup-Table für VRT und c VRT
ungünstige Wahl pathologische Befunde, wie z. B. eine Gefäßstenose, vortäuschen kann (. Tab. 5.1). Eine spezielle Anwendung der Volumendarstellung ist die endoskopische Ansicht, bei der eine virtuelle Kamera entlang eines vordefinierten Pfades durch ein Organ bewegt wird. Sie wird v. a. in der CT-Kolonographie oder der virtuellen Bronchoskopie verwendet. Praxistipp
1. Die VRT ist häufig die optimale Methode zur Kommunikation von Befunden an die zuweisenden Kliniker. Sie kann Anatomie und Pathologien realitätsnah in Einem oder wenigen Ansichten dokumentieren. 2. Die Color-Lookup-Table muss immer dem jeweiligen CT-Datensatz angepasst werden, um falsch-positive Befunde zu vermeiden.
5.4
Weiterführende Literatur
Dalrymple NC, Prasad SR, Freckleton MW, Chintapalli KN (2005) Informatics in radiology (infoRAD): introduction to the language of three-dimensional imaging with multidetector CT. Radiographics 25: 1409–1428 Fishman EK, Ney DR, Heath DG, Corl FM, Horton KM, Johnson PT (2006) Volume rendering versus maximum intensity projection in CT angiography: what works best, when, and why. Radiographics 26: 905–922 Nelson M (1995) Optical Models for Direct Volume Rendering. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 1: 99–108 van Ooijen PM, Ho KY, Dorgelo J, Oudkerk M (2003) Coronary artery imaging with multidetector CT: visualization issues. Radiographics 23: e16
6
Patientenvorbereitung Elisabeth Wismer
6.1
Einleitung
– 48
6.2
Kontrastmittel
– 48
6.2.1 Orales Kontrastmittel – 48 6.2.2 Rektales Kontrastmittel – 49 6.2.3 Intravenöses Kontrastmittel – 49
6.3
Venöser Zugang
– 49
6.3.1 Venenverweilkanülen/Portsysteme – 49 6.3.2 Material zur Venenpunktion – 50 6.3.3 Komplikationen bei der Venenpunktion – 51
6.4
Kontrastmittelinjektor
– 51
6.4.1 Bolustracking – 52 6.4.2 Testbolus – 52
6.5
Verwendung von Spasmolytika
6.5.1 Glucagon – 52 6.5.2 Buthylscopolamin
– 52
– 53
6.6
Patientenlagerung
– 53
6.7
Weiterführende Literatur
– 53
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_6, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
6
48
Kapitel 6 · Patientenvorbereitung
6.1
Einleitung
Kontrastmittel
6.2
Eine optimale CT-Untersuchung setzt eine sorgfältige Patientenvorbereitung voraus. Dazu gehört eine allgemeine Anamnese, die offene Fragen klärt. Abgeklärt werden sollen zudem 4 bereits vorhandene Voruntersuchungen, 4 die Funktion der Nieren, 4 etwaige Schilddrüsenerkrankungen, 4 ein bestehender Diabetes mellitus und die damit verbundene Einnahme metforminhaltiger Medikamente, 4 allergische Reaktionen auf Kontrastmittel und 4 eine Schwangerschaft. Die Aufklärung über die Risiken einer Kontrastmittelapplikation erfolgt normalerweise durch den Radiologen. Der Patient wird idealerweise über die bevorstehende CT-Untersuchung und die dazu gehörende Vorbereitung informiert. Zur direkten Vorbereitung gehören die Einnahme des oralen Kontrastmittels, das Legen einer Venenverweilkanüle für die intravenöse Kontrastmittelapplikation oder die Bereitstellung des Materials für einen rektalen Kontrastmitteleinlauf. Die Instruktionen über den Untersuchungsablauf können direkt vor der Untersuchung auf dem CT-Tisch erfolgen. Ängstliche und klaustrophobe Patienten kann man beruhigen, indem man ihnen vorher die räumlichen Verhältnisse und die Gantryöffnung zeigt. Die eigentliche CT-Untersuchung dauert meist nur wenige Sekunden bis Minuten. Die spezielle Patientenvorbereitung für eine Herz-CT ist in 7 Kap. 15 und die Vorbereitung für eine virtuelle Kolonoskopie in 7 Kap. 19 beschrieben.
Kontrastmittel sind essenziell für die Durchführung vieler CT-Untersuchungen. Dabei werden 3 verschiedene Applikationswege für Kontrastmittel unterschieden: oral, intravasal und enteral.
6.2.1
Orales Kontrastmittel
Zur Darmkontrastierung wird enterales Kontrastmittel verabreicht, um eine Abgrenzung des Gastrointestinaltrakts von anderen Weichteilstrukturen zu erleichtern. Hierbei wird zwischen negativen (Wasser, Luft) und positiven Kontrastmitteln (jodhaltigwasserlöslich oder Bariumsulfat) unterschieden (. Tab. 6.1). Für eine CT des Abdomens sollte der MagenDarm-Trakt bis zum Rektum kontrastiert sein. Meistens wird ionisch-wasserlösliches Kontrastmittel verabreicht, z. B. Telebrix®Gastro oder Gastrografin® (3 %; d. h. 30 ml KM auf 1 l Wasser), welches innerhalb von 60 min vor der Untersuchung getrunken wird. Unmittelbar vor der CT-Untersuchung werden noch einmal 100 ml verabreicht. Orale Kontrastmittel können abführend wirken. Bei Patienten mit Neigung zur Diarrhö sollte man verdünntes Barium-Sulfat verabreichen. Praxistipp
Kontraindiziert ist bariumhaltiges Kontrastmittel bei Verdacht auf Perforation oder bei einer direkt postoperativen CT-Untersuchung.
. Tab. 6.1 Übersicht der oralen Kontrastmittel Kontrastmittel oral
Menge
Mischung
Zeit
Positiv: Iodhaltiges Kontrastmittel (Telebrix®Gastro oder Gastrografin®)
1l
3 %, d. h. 30 ml KM auf 1 l Wasser
60 min, die letzten 200 ml direkt vor der Untersuchung
Positiv: Bariumlösung (Barium Sulfat, Micropaque®)
1l
150 ml mit 850 ml Wasser mischen
60 min, die letzten 200 ml direkt vor der Untersuchung
Negativ: Wasser
900 ml
⎯
600 ml innerhalb von 30 min, der Rest von 300 ml direkt vor der Untersuchung
49 6.3 · Venöser Zugang
Ein negatives orales Kontrastmittel erleichtert die Beurteilung der Schleimhäute in Verbindung mit einer intravenösen Kontrastmittelgabe. Je nach Fragestellung gibt man dabei 500 ml bis 1 l Wasser, verteilt über 30–60 min. Für eine Hydro-CT werden 600 ml Wasser über 30 min getrunken und weitere 300 ml Wasser direkt vor der Untersuchung auf dem CT-Tisch. Für CT-Untersuchungen des oberen Harntrakts wird kein orales Kontrastmittel gegeben, da es sonst zu störenden Überlagerungen des Darmes kommt.
6.2.2
Rektales Kontrastmittel
Bei Fragestellungen im Bereich des Beckens ist oft eine zusätzliche Kontrastierung mit rektaler Füllung des Darmes erforderlich. Hierzu wird eine jodhaltige Kontrastmittellösung (200 ml) über ein Darmrohr appliziert. Ein weiteres negatives Kontrastmittel ist Luft. Die Luft wird dabei vorsichtig durch ein Darmrohr insuffliert. Als Vorbereitung für eine virtuelle CTKolonographie wird der Darm wie bei einer endoskopischen Untersuchung gereinigt und entleert. Für diese CT-Untersuchung muss der Patient allerdings eine Nahrungskarenz einhalten.
6.2.3
6
Intravenöses Kontrastmittel
Intravenöses Kontrastmittel dient zur Dichteanhebung von Gefäßen und Organen und kann in verschiedenen Phasen durchgeführt werden. Für die intravenöse Applikation werden nichtionische, niederosmolare oder isoosmolare Kontrastmittel verwendet, deren Konzentrationen zwischen 270– 400 mg Jod/ml liegen. Wichtig sind dabei die Information und Aufklärung über das verwendete intravenöse Kontrastmittel. In der Regel gelingt die Kontrastmittelgabe ohne Nebenwirkungen (7 Kap. 25). Manchmal kann es jedoch zu unerwünschten Begleiterscheinungen und Überempfindlichkeitsreaktionen wie Wärmegefühl, metallischem Geschmack im Mund, leichte Übelkeit oder Hautrötung kommen. Der Patient muss daher über mögliche Nebenwirkungen bis hin zu den Risiken von schwereren Komplikationen in einem Vorgespräch aufgeklärt werden. Ebenso sind die Spätreaktionen nicht außer Acht zu lassen, die nach Stunden oder auch nach Tagen noch auftreten können (7 Kap. 25).
6.3
Venöser Zugang
6.3.1
Venenverweilkanülen/ Portsysteme
Praxistipp
1. Zur geschmacklichen Verbesserung des oralen KM kann Sirup beigemischt werden. 2. Für einen rektalen Einlauf kann als Darmrohr ein dünner Blasenkatheter verwendet werden. (Das Kontrastmittel mit temperiertem Wasser mischen.) 3. Bei immunsupprimierten Patienten sollte eine rektale Füllung des Darmes, wenn möglich, vermieden werden, da bei einer etwaigen neutropenen Kolitis der Darm sehr vulnerabel ist und bei unsachgemäßer rektaler Füllung eine iatrogene Perforation resultieren könnte. Wenn eine rektale Füllung aus medizinisch-radiologischer Sicht unverzichtbar ist, sollte sie nur mit äußerster Vorsicht angewendet werden.
Die Applikation des Kontrastmittels erfolgt bevorzugt über die Antekubitalvene. Die Wahl der richtigen Venenkanüle (. Tab. 6.1) ist abhängig von der gewünschten CT-Untersuchung und vom entsprechenden Untersuchungsprotokoll. Für CT-Angiographien, die eine höhere Flussrate benötigen, wird eine Venflon® mit großem Lumen (18 G grün) gelegt. Alle anderen Kontrastmittelinjektionen werden über die 20-G-Venflon®-Kanüle appliziert, die bevorzugt in einer Vene der Ellenbogenbeuge liegt. Bei schlechten Venenverhältnissen kann alternativ auch über eine Vene am Handrücken mit einer blauen Venflon® (22 G) injiziert werden, wobei eine entsprechend reduzierte Flussgeschwindigkeit nötig ist. Mit der entsprechenden Vorsicht lässt sich auch über einen liegenden zentralen Venenverweilkatheter (ZVK) oder über ein Port-à-CathSystem Kontrastmittel applizieren. Ältere Port-àCath-Systeme sind i. Allg. für CT-Angiographien
50
Kapitel 6 · Patientenvorbereitung
nicht geeignet, da die Flussrate hierfür reduziert werden muss. Praxistipp
1. Flussrate für ZVK und Port-à-Cath 1,5 ml/s. 2. Startzeit für Scan um 10–15 s erhöhen. 3. Bei schlechten Venenverhältnissen Arme vorwärmen und den Patienten im Liegen punktieren. 4. Keine Butterfly-Kanülen verwenden.
6
jHochdruckinjektions-Portsysteme
Die kürzlich eingeführten sog. Hochdruckinjektions-Portsysteme (wie z. B. Jet Port® Plus II Contrast) sind nach ersten Studienergebnissen zur Hochdruckinjektion von Kontrastmittel bei Mehrphasen-CT-Untersuchungen geeignet. Diese Portsysteme lassen sich bezüglich der Implantationstechnik und der Verwendung mit herkömmlichen Portsystemen vergleichen. Die Verwendung dieser Hochdruckinjektions-Portsysteme bietet den Vorteil, dass wiederholte unangenehme Punktionsversuche, bspw. bei Chemotherapien, vermieden werden können. Während die üblichen Portsysteme bis zu einem Injektionsdruck von etwa 50 PSI zugelassen sind, sind Hochdruckports bis 300 PSI zugelassen und ermöglichen Flussraten von bis zu 5 ml/s. In der Regel treten keine Komplikationen (Portinfektionen) im Rahmen solcher periinterventionellen Hochdruckinjektionen auf. Hierbei ist die Kontrastierung zentraler Gefäße in CT-Untersuchungen äquivalent zu einer Kontrastmittelapplikation über einen peripheren Zugang. Praxistipp
Als Vorsichtsmaßnahmen bei der Kontrastmittelinjektion über einen ZVK oder ein Portsystem sollte Folgendes beachtet werden: 4 Die Lage der Katheterspitze ist auf dem Topogramm der CT-Untersuchung zu beurteilen. Für eine Kontrastmittelinjektion muss die Katheterspitze am cavoatrialen Übergang sein, da eine zu proximale Lage der Katheterspitze mit einem erhöhten Komplikationsrisiko vergesellschaftet ist.
6
4 Zuvor sollte für den individuellen Kathetertyp geklärt werden, wo die Ausgangsöffnung des Katheters liegt. Diese ist nicht zwingend an der Katheterspitze lokalisiert, sondern kann bei einzelnen Kathetertypen auch an der Seite und/oder weiter proximal liegen. 4 Ebenso ist für das einzelne Portsystem vorab zu klären, ob es eine haftungsrechtlich geklärte Zulassung für die Hochdruckinjektion von Kontrastmittel gibt. 4 Bei Injektion über ein Portsystem sollte der Arm an der Injektionsseite nach unten gelagert werden, da bei einer Elevation der Arme ein erhöhtes Risiko für eine Kontrastmittelextravasation besteht. 4 Bei der Kanülierung von Portsystemen zur Kontrastmittelinjektion sollte vorgängig eine Hautdesinfektion (z. B. mit Chlorhexidin) durchgeführt werden und die Punktionskanüle gut an der Haut fixiert werden.
6.3.2
Material zur Venenpunktion
Folgende Materialien sollten für die Venenpunktion bereitliegen (. Abb. 6.1): 4 Stauschlauch 4 Handschuhe unsteril 4 Ethanoltupfer 4 Venflon® 4 Kanülenverband 4 Verlängerungsschlauch 30 cm mit NaCl-Spritze (0,9 %) Die bevorzugte Punktionsstelle ist antekubital rechts (. Abb. 6.2). Je nach Untersuchungstyp sollte eine geeignete Venenverweilkanüle gewählt werden, welche für die benötigte Injektionsgeschwindigkeit (Flussrate) für das Kontrastmittel zugelassen ist (. Tab. 6.2).
51 6.4 · Kontrastmittelinjektor
6
b) Venflon® lässt sich nicht vorschieben: Es kann eine Venenklappe vor der Kanülenspitze liegen. Maßnahmen: Venflon® mit NaCl 0,9 % spülen und vorsichtig vorschieben. c) Arterielle Punktion: pulsierendes hellrotes Blut in der Spritze, Weißfärbung der Haut bei der Einstichstelle, Schmerz bei schneller Injektion. Maßnahmen: Venflon® entfernen und Stelle gut abdrücken, Druckverband anlegen und Dokumentation erstellen. Praxistipp
. Abb. 6.1 Material zur Venenpunktion
Um Para-/Extravasate bei der KM-Injektion zu vermeiden, kann eine Probeinjektion mit 30 ml NaCl mit der gleichen Flussgeschwindigkeit wie für die anschließende KM-Injektion vorgenommen werden.
6.4
. Abb. 6.2 Venflon® und bevorzugte Punktionsstelle antekubital rechts
. Tab. 6.2 Übersicht verschiedener Venenverweilkanülen Venflon® Farbe
blau
rosa
grün
Gauge
22 G
20 G
18 G
Außendurchmesser
0,8 mm
1,0 mm
1,2 mm
Innendurchmesser
0,6 mm
0,8 mm
1,0 mm
Flussrate ml/s
1–2
2–4
3–7
6.3.3
Komplikationen bei der Venenpunktion (7 Kap. 26)
a) Paravenöse Punktion: keine Aspiration von Blut möglich, Quaddelbildung nach NaCl 0,9 % Probeinjektion. Maßnahmen: Venflon® entfernen, Verband anlegen.
Kontrastmittelinjektor
Bevorzugt werden Injektoren mit Doppelkopfkolben für Kontrastmittel und isotoner Kochsalzlösung verwendet. Wird zudem mit derselben Flow-Rate, die der Kontrastmittelbolus aufweist, NaCl (0,9 %) nachgespült, nutzt man das Kontrastmittel besser aus und die arterielle Kontrastierung kann optimiert werden. Ein weiterer Vorteil ist ein bereits liegender Venenkatheter (ZVK, Port-à-Cath), da das System gleich durch die Kochsalzlösung gespült wird. > Aufgrund der Viskosität sollte das Kontrastmittel immer in einem Wärmeschrank auf 37 °C vorgewärmt werden. Idealerweise sind am Injektor Wärmemanschetten, damit das aufgezogene Kontrastmittel nicht abkühlt.
Die Kontrastmittelprotokolle müssen den CT-Untersuchungsprotokollen angepasst sein. Am Injektor zu berücksichtigen sind die Einstellungswerte der Kontrastmittelmenge, die Flussrate und der NaCl-Bolus. Das sorgfältige Entlüften beider Systeme ist die zwingende Voraussetzung einer komplikationsfreien Injektion. > Eine mangelhafte Entlüftung des Infusionssystems kann eine lebensbedrohliche Luftembolie verursachen.
52
Kapitel 6 · Patientenvorbereitung
Zur Einstellung des Startdelays wird das Bolustracking oder die Testbolustechnik verwendet.
6.4.1
6
4 Die Injektionszeit sollte nicht länger als die Summe aus Startverzögerung + Scanzeit sein. 4 Vor jeder KM-Gabe: Volumen von KM + NaCl, Bildakquisitionszeit und Injektionszeit überprüfen.
Bolustracking
Bei der CT-Angiographie ist eine genaue zeitliche Planung wichtig. Die Messungen sollten dann ausgelöst werden, wenn das zu untersuchende Gefäß eine optimale Kontrastmittelanreicherung erreicht hat. Verwendet man Bolustracking, so wird eine Referenzschicht ausgewählt und ein Pre-Monitoring gestartet. Danach wird die Trigger-ROI (Region of Interest) definiert und der Trigger-Schwellenwert in HE (z. B. 120 HE) festgelegt. Dann werden der Kontrastmittelinjektor und das Monitoring gleichzeitig gestartet und mehrere dynamische Sequenzbilder an derselben Position angefertigt. Ist der HESchwellenwert innerhalb der ROI erreicht, kann der Start der Datenakquisition manuell oder automatisch erfolgen.
6.4.2
Praxistipp
6.5
Verwendung von Spasmolytika
Spasmolytika werden bei der virtuellen Kolonoskopie (7 Kap. 19) zur Relaxation der Darmwand und zur Reduktion der Peristaltik empfohlen, wobei der Nutzen dieser Medikamente kontrovers diskutiert wird. Beide Spasmolytika unterscheiden sich in ihrem Wirkmechanismus, ihren Kontraindikationen und ihrem Nebenwirkungsprofil (. Tab. 6.3).
Testbolus 6.5.1
Beim Testbolus werden kontinuierliche Messungen in einer Arterie (in der Regel die Aorta) durchgeführt. Zeitgleich mit der Gabe des Kontrastmittel(ca. 15 ml) und NaCl-Bolus mit derselben Flussrate, die nachher für die Bildakquisition benötigt wird, entsteht eine Anreicherungskurve der Kontrastmittelkonzentration im Gefäß. Anhand dieser Kurve wird die Transitzeit des Kontrastmittels bestimmt und der Beginn der Datenakquisition festgelegt.
Glucagon
Glucagon ist ein üblicherweise von den Langerhanszellen sezerniertes Polypeptid, welches u. a. die glatte Muskulatur des Gastrointestinaltrakts relaxiert. Glucagon wird in den USA bevorzugt als Spasmolytikum bei der viruellen Kolonoskopie eingesetzt. Den größten Effekt hat Glucagon auf das Duodenum und einen geringeren distendierenden Effekt auf das Kolon.
. Tab. 6.3 Übersicht über Anwendung, Kontraindikationen und unerwünschte Wirkung der in der CT verwendeten Spamolytika Spasmolytikum
Dosierung
Kontraindikationen
Unerwünschte Wirkungen
Glucagon
1 mg i.v. direkt vor der Untersuchung
4 4 4 4
Phäochromozytom Insulinom Schlecht kontrollierter Diabetes mellitus Hypersensitivität gegen Glucagon
4 Übelkeit, Erbrechen 4 Kopfschmerzen
Buthylscopolamin
20 mg i.v. direkt vor der Untersuchung
4 4 4 4 4
Engwinkelglaukom Prostatahyperplasie Instabile Herzerkrankung Darmobstruktion, Ileus Myasthenia gravis
4 4 4 4
Tachykardie Hyposalivation Akuter Harnverhalt Akute Magendilatation
53 6.7 · Weiterführende Literatur
6.5.2
Buthylscopolamin
Praxistipp
Buthylscopolamin (Buscopan®) ist ein Anticholinergikum und bewirkt eine Darmdistension durch seine direkte Wirkung an postganglionären parasympathischen Rezeptoren. Im europäischen Raum wird überwiegend Buthylscopolamin bei der virtuellen Kolonoskopie eingesetzt.
6.6
Das Atemanhalten bei offenem Mund verhindert ein Valsalva-Manöver. Für CT-Untersuchungen des Kopf-HalsBereichs wird eine spezielle Schale mit entsprechenden Kissen zur Fixation des Kopfes verwendet, sodass der Patient stabilisiert liegen kann. Während der Untersuchung des Halses sollte der Patient nicht schlucken, um störende Schluckartefakte zu vermeiden.
Patientenlagerung
Um störende Artefakte bei der Bildakquisition zu vermeiden, müssen sämtliche metallische Teile (Schmuck, Gürtel, Zahnersatz) aus der zu untersuchenden Körperregion entfernt werden. Zudem sollten alle einengenden Kleidungsstücke ausgezogen werden, um dem Patienten die Lagerung zu erleichtern. Der Patient muss so bequem wie möglich auf dem CT-Tisch gelagert werden, damit er ruhig und entspannt liegen kann. > Sehr angenehm sind Knieauflagen, die als Lordoseausgleich für die LWS dienen.
Für CT-Untersuchungen am Körperstamm müssen die Arme über dem Kopf, auf einer speziellen Abdomen-/Thorax-Schale gelagert sein. Die Untersuchungen in diesem Bereich werden in Atemstillstand durchgeführt (Inspiration). Das hierbei nötige Atemkommando sollte immer mit dem Patienten zuvor geübt werden. Eine klare und freundliche Instruktion verhilft dabei zu einer guten Kooperation des Patienten und somit zu einer möglichst bewegungs- und artefaktfreien Bildakquisition. Bei Kontrastmitteluntersuchungen im Thoraxbereich kann es bei der Inspiration zu einer Veränderung des intrathorakalen Druckes kommen. Atmet der Patient tief ein, steigt der Druck im Brustraum. Durch dieses sog. Valsalva-Manöver kann es zu einer kurzzeitigen Verminderung der Gefäßkontrastierung im Pulmonalarteriensystem kommen. Der Patient sollte daher keine tiefe Inspiration vornehmen und während des Atemstillstands nicht pressen.
6
Zur optimalen Lagerung der oberen und unteren Extremitäten liegen eigene Schaumstoffschienen vor, die eine exakte Einstellung der Gelenke erleichtern (z. B. Fuß- und OSG-Lagerung im 90°-Winkel). Bei allen Einstellungen ist es wichtig, dass die aufzunehmende Körperregion sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung exakt im Isozentrum der Gantry liegt, um dadurch eine optimale Bildqualität zu generieren.
6.7
Weiterführende Literatur
Alkadhi H, Leschka S, Flohr T, Marincek B (2009) Praxisbuch Herz-CT. Springer, Heidelberg, S 55–57 Brüning R, Küttner A, Flohr T (2008) Mehrschicht-CT. Ein Leitfaden. Springer, Heidelberg, S 50–55
7
Bilddatenmanagement RIS/PACS Bernhard Asendorf und Simon Wildermuth
7.1
Einleitung
– 56
7.2
Konzeptionelle Anforderungen
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4
Anforderungen aus Sicht des Radiologen – 56 Anforderungen aus Sicht der MTRA – 57 Anforderungen aus Sicht des Orthopäden und Chirurgen – 57 Anforderungen aus Sicht der Gesundheitsinstitution (Klinik) – 57
7.3
Funktionale Module eines RIS/PACS
7.3.1 Relevanz – 58 7.3.2 Hanging-Protocols – 59 7.3.3 Snapshots/Zusammenfassungsserien
7.4
Weiterführende Literatur
– 58
– 59
Technische Komponenten eines PACS
7.4.1 PACS-Komponenten – 59 7.4.2 Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit
7.5
– 56
– 59
– 63
– 63
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_7, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
7
56
Kapitel 7 · Bilddatenmanagement RIS/PACS
7.1
Einleitung
Die Bilderzeugung medizinischer Systeme (Modalitäten) ist heutzutage digital und ermöglicht so eine filmlose Speicherung radiologischer Bilder. Für diese Speicherung sind sog. Picture Communication and Archiving Systems (PACS) von diversen Herstellern medizintechnischer Produkte kommerziell verfügbar. Diese Systeme zählen zur Gruppe der Informationssysteme, da diese Bilder im Patienten-/Untersuchungskontext gespeichert werden. Durch den Einsatz von PACS ergibt sich für eine Radiologie aber erst ein konkreter Nutzwert, wenn dieses System mit einem radiologischen Informationssystem (RIS) hochintegriert ist. Letztendlich stellt RIS/PACS ein Hilfswerkzeug dar, um die Arbeitsprozesse und den Workflow in der Radiologie zu optimieren. Daneben bietet PACS auch für andere Anspruchsgruppen (Chirurgen, Orthopäden, Kliniker etc.) einen hohen Nutzwert, da jedes Bild unmittelbar und ubiquitär zur Verfügung steht und somit eine flächendeckende Bild- und Befundverteilung gewährleistet werden kann. Dieses Kapitel soll grundlegende Aspekte der technischen Möglichkeiten und Prozessabläufe der komplexen Thematik RIS/PACS vermitteln.
. Tab. 7.1 Motivationsgründe für den Einsatz von PACS Radiologie
4 Papier- und filmloser Betrieb 4 Verfügbarkeit 7 × 24 h 4 Zeitliche Optimierung der Prozessabläufe, speziell bei der Befundung 4 Verfügbarkeit von Vorbildern jeglicher Modalität 4 Reduktion administrativer Tätigkeiten der Gruppen Radiologen und MTRA 4 Steigerung des Patienten-/Untersuchungsumsatzes 4 Nur mit einem integriertem RIS ist der Einsatz eines PACS sinnvoll
Zuweiser
4 Schnelle und effiziente Erbringung der angeforderten radiologischen Dienstleistung 4 Unmittelbarer Zugriff auf Befundund Bilddaten (gleiche Bildqualität wie der Radiologe)
Gesundheitsinstitution (Klinik)
4 Erfüllung der gesetzlichen Aufbewahrungsfristena 4 Optimierung des Personaleinsatzes 4 Optimierung der Leistungserfassung
a
7.2
Konzeptionelle Anforderungen
Die Motivation für den Betrieb eines PACS ist je nach Anspruchsgruppe sehr unterschiedlich (. Tab. 7.1). Weitere Anforderungen ergeben sich aus den spezifischen Arbeitsweisen der Anwender.
7.2.1
Anforderungen aus Sicht des Radiologen
Grundsätzlich obliegt diese Pflicht dem Patienten. Im Gegensatz zu den privatrechtlichen Praxen/ Kliniken jedoch übernehmen die öffentlichen Spitäler diese Aufgabe
Die Bildanordnung und die Anzeige nutzbarer Werkzeuge sollen je nach Modalitätstyp einstellbar sein und automatisch erfolgen. Für eine speditive Durchführung von Konferenzen (Röntgendemonstration) mit den Klinikern sollen nur befundrelevante Bilder angezeigt werden können.
Allgemein Das Suchen von Bildern soll durch einfache Selektion mittels Suchkriterien den gewünschten Patienten mit allen vorhandenen Untersuchungen anzeigen. Für die Befunderstellung sollen alle erzeugten Bilder mit einem einheitlichen Betrachtungssystem sehr schnell dargestellt werden können. Zusätzlich sollen auch alle relevanten Voraufnahmen automatisch mit dargestellt werden.
Workflowkonzept CT-Bilddaten Für die Befundung einer CT-Untersuchung benötigt der Radiologe sowohl die originären CTSchnittbilddaten als auch häufig mit speziellen 3D-Applikationen (7 Kap. 5) nachbearbeitete CTBildserien. Diese 3-D-Applikationen werden einerseits von den Herstellern auf ihre Modalitätensysteme direkt
57 7.2 · Konzeptionelle Anforderungen
7
. Abb. 7.1 Workflowdiagramm CT-Bilddaten
abgestimmt und integriert auf Spezial-Workstations bereitgestellt. Daneben werden auch PACS-integrierte Lösungen als völlig eigenständige Systeme (sog. Dünnschicht-MiniPACS) angeboten. Ausgehend von den einzelnen Arbeitsschritten (. Abb. 7.1) von der Bilderzeugung über die Rekonstruktion und Nachbearbeitung bis zur Bildbeurteilung und Bildverteilung, sind diverse Varianten (welchem System wird welche Aufgabe zugeordnet) bei der Konzeption zu betrachten. Dabei stellen das hohe Datenvolumen und die geforderte schnelle Darstellung von CT-Bildern höchste Ansprüche an PACS und das Datennetzwerk. Insbesondere ist dabei die zeitgerechte Befundung von CT-Notfalluntersuchungen für eine optimale Patientenweiterbehandlung zu berücksichtigen.
7.2.2
Nach der Durchführung einer radiologischen Untersuchung sollen die erzeugten Bilder schnell und einfach, wenn möglich automatisch im PACS gespeichert werden.
7.2.3
Anforderungen aus Sicht des Orthopäden und Chirurgen
Die diagnostischen Bilddaten werden vom Orthopäden für die operative Prothesenplanung benötigt. Das PACS soll ein integriertes Werkzeug »Orthopädieplanung« bereitstellen, mit dem die Prothesenmodelle im Bild verifiziert werden können. Radiologische Bilder sollen bei der Operationsdurchführung verfügbar sein und in geeigneter Weise dargestellt werden können. Vorzugsweise gilt es hier, die spezifischen Reinheitsklassifikationen für die Betrachtungsarbeitsplätze zu erfüllen.
Anforderungen aus Sicht der MTRA 7.2.4
Nach der Untersuchungsplanung im RIS sollen die Patientendaten und die definierten Untersuchungsprotokolle automatisch an die gewünschte Modalität übermittelt werden.
Anforderungen aus Sicht der Gesundheitsinstitution (Klinik)
Mit der Einführung eines RIS/PACS wird stets auch die Integration in den klinikweiten Informations-
58
Kapitel 7 · Bilddatenmanagement RIS/PACS
verbund (PMS, KIS, HIS etc.) gefordert. Maßgeblich sind dabei die 4 Übernahme der administrativen Patientendaten aus dem Administrativsystem, 4 Übermittlung der Leistungen für erbrachte radiologische Untersuchungen an das Administrativsystem, 4 Übernahme der Auftragsdaten (Untersuchungsanforderung) aus dem Patientenmanagementsystem (PMS, KIS, HIS etc.), 4 Übermittlung der radiologischen Befundtexte an das Patientenmanagementsystem (PMS, KIS, HIS etc.).
. Tab. 7.2 Zuordnung der funktionalen Module RIS
PACS
Auftragsannahme (Untersuchungsanforderung) Ablage für zusätzliche klinische Informationen (auswärtige Befunde etc.) Untersuchungsplanung Worklist (Patient/Untersuchungsprotokoll) für die Modalitäten Bildspeicherung
7
Diese Integrationsaspekte sind Voraussetzung für Prozessoptimierungen im gesamten Klinikbetrieb und vermeiden auch die Mehrfacherfassung und -pflege von Patientendaten. RIS/PACS-Systeme liefern auch Managementinformationen, mit deren Hilfe die Wirtschaftlichkeit einer Radiologie optimiert werden kann.
Bilddarstellung Bildweiterverarbeitung (3-D-Rekonstruktion, MPR, Orthoplanung etc.) Arbeitslisten (workfloworientiertes Arbeiten) Diktaterstellung (mit Spracherkennung) Befundgenerierung
Praxistipp
Unter Berücksichtigung des Kosten-/Nutzenaspekts bezüglich Anschaffung und Betrieb eines voll integrierten RIS/PACS sollte ein Mindestumsatz von > 100 000 radiologischen Untersuchungen pro Jahr vorliegen. Dies entspricht etwa einer Klinik der Maximalversorgung mit ca. 800 Betten. Dies bedeutet, dass sich kleinere Krankenhäuser bzw. Praxen zu einem Verbund zusammenschließen oder größeren Institutionen anschließen sollten.
Leistungserfassung Befundversand/-verteilung
Rapportdurchführung Bildverteilung Bildarchivierung Kommunikationsverbindungen zu anderen Systemen (PMS, KIS, HIS, andere PACS-Systeme etc.)
7.3.1 7.3
Funktionale Module eines RIS/PACS
Aus den o. g. Anforderungen leiten sich notwendige funktionale RIS/PACS-Bausteine zur elektronischen Unterstützung der Prozessabläufe ab (. Tab. 7.2). Da RIS und PACS zunehmend zu einem System verschmelzen, werden Funktionen teilweise in beiden Systemen bereitgestellt. Ein PACS-System verfügt über spezielle Mechanismen, die diese Funktionalitäten entscheidend unterstützen.
Erstellung Bild-CD/DVD (Patient/weiterbehandelnder Arzt)
Relevanz
Bei der Bilddarstellung kann mittels Relevanz gesteuert werden, ob auch Voraufnahmen automatisch dargestellt werden sollen. Dazu werden notwendige Relevanzparameter im PACS definiert: 4 Jeder Untersuchungsart (Untersuchungsbeschreibung oder Untersuchungscode) wird z. B. eine Körperregion (Relevanzparameter) zugeordnet. Das bedeutet, dass nur Untersuchungen mit gleicher Köperregion als Voraufnahmen geladen werden. 4 Die maximale Anzahl (Relevanzparameter) an Voraufnahmen kann definiert werden, die zu-
59 7.4 · Technische Komponenten eines PACS
sätzlich zur aktuellen Untersuchung automatisch mitgeladen werden sollen. Je größer dieser Parameter gewählt wird, umso mehr Netzwerklast entsteht durch das Mitladen von zusätzlichen Bildern. Aus diesem Grund gilt es hier, einen Kompromiss zwischen der Arbeitsweise des Radiologen und der technischen Performance des Netzwerks zu finden. 4 Der max. Zeitraum (Relevanzparameter), in dem Voraufnahmen durchgeführt worden sind. Eine Voraufnahme wird nur dann geladen, wenn das jeweilige Untersuchungsdatum innerhalb dieses Zeitintervalls liegt. Dieser Parameter kann nicht zwingend frei gewählt werden, sondern ist direkt davon abhängig, wie viele Bilder im Onlinezugriff (Größe des Bildspeichers) verfügbar sind.
bei der Rapportvorbereitung eine Auswahl der zu präsentierenden Bildsequenzen treffen, wie z. B. nur die befundrelevanten Bilder, und diese als Snapshot (quasi ein Screenshot) oder als Zusammenfassungsserien (»summary series«) im PACS speichern.
7.4
Hanging-Protocols
Zur Optimierung der Bilddarstellung und Bildweiterverarbeitung sind die sog. Hanging-Protocols von wesentlicher Bedeutung. Einerseits wird dadurch die Effektivität des Radiologen im Prozess der Bildbeurteilung gesteigert, andererseits kann die Qualität durch standardisierte Bildbeurteilungsschritte verbessert werden. Mit diesem Mechanismus werden beim Aufruf von z. B. einer CT-Studie die gewünschte Formataufteilung pro Display, die passende Grauwertfensterung bezogen auf das darzustellende Organ, der optimale Zoom und weitere notwendige Verarbeitungstools automatisch eingestellt. Diese Konfigurationen können als DefaultParameter innerhalb der Hanging-Protocols definiert werden, und zwar abhängig vom Modalitätstyp (MR, CT, DR, CR etc.) und dem darzustellenden Organ- bzw. Körperbereich.
Technische Komponenten eines PACS
Ein RIS/PACS-System besteht aus einer Vielzahl von Komponenten und Schnittstellen (. Abb. 7.2). Zusätzlich sind weitere IT-Komponenten unabdingbar, damit die Funktionsfähigkeit eines PACS realisiert werden kann.
7.4.1 7.3.2
7
PACS-Komponenten
jDatenbank
Diese zentrale Komponente stellt die eigentliche Verwaltung der Bilddaten sicher. Zu jedem Bild ist der Bezug zum Patienten-/Untersuchungskontext dort abgelegt. Es wird ein Verzeichnis geführt, welches Bild zu welcher Bildsequenz (Studie/Serie) gehört und wo diese Bilder (DICOM-Dateien) gespeichert sind (Online- bzw. Kurzzeitspeicher, Langzeitarchiv etc.). Zusätzlich werden DICOMParameter (Werte im Header der DICOM-Bilder) gespeichert, wie z. B. Akquisitionsdatum/-uhrzeit, Modalitätstyp/Gerätebezeichung und Name des Instituts, welches die Bilder generiert hat. Des Weiteren sind dort alle spezifischen Konfigurationen (Benutzerverwaltung, Lizenzen, Zugangsberechtigungen, Workstation-Einstellungen, Parameter für Relevanz und Hanging-Protocols uvm.) hinterlegt. jBildspeicher
7.3.3
Snapshots/Zusammenfassungsserien
Pro CT-Untersuchung werden mehr und mehr Bilder erzeugt (7 Kap. 5). Der daraus resultierende Zeitaufwand kann bei der Durchführung täglicher Konferenzen und Rapporte mittels Präsentation von Snapshots eingespart werden. Dazu muss der Radiologe
Jedes Bild, das ein PACS von einer Modalität im PACS empfängt, wird als Datei im DICOM-Format in einem Ordnerverzeichnis (Bildspeicher ist vergleichbar mit einer Shareablage) strukturiert nach Studie/Serie gespeichert. Als physikalische Speicher stehen heutzutage verschiedene Technologien (DAS, SAN, NAS) zur Verfügung. Allen gemeinsam ist, dass diese aus mehreren Festplattenspeichern bestehen und mittels eines logischen Steuerungssystems
60
Kapitel 7 · Bilddatenmanagement RIS/PACS
7 . Abb. 7.2 Komponenten eines hochintegrierten RIS/PACS-Systems
in einem Verbund betrieben werden. Mit den Vorteilen einer hohen Ausfallsicherheit (RAID und »hot swapping«) und einer extrem schnellen Schreibund Lesegeschwindigkeit können Bilder im Onlinezugriff bereitgestellt werden. Die Größe eines solchen Bildspeichers ist technisch gesehen unbegrenzt und kann viele TB betragen. Solche Systeme sind in der Anschaffung und im Betrieb kostenintensiv. Modalitäten- und PACS-Hersteller haben sich darauf festgelegt, auch den DICOM-Standard zur Speicherung von Bildern zu verwenden. Aus diesem Grund wird das DICOM-Format auch als Kommunikationsprotokoll eingesetzt, d. h., zwischen dem PACS und jeder Modalität wird beim Senden/Empfangen von Bildern eine Kommunikationsverbindung aufgebaut. Dabei nutzt das DICOM-Übertragungsprotokoll aufwändige Mechanismen (Bild für Bild wird einzeln übertragen, Socket-Handling), um sicherzustellen, dass die Bilddaten korrekt und vollständig im PACS gespeichert werden können mit der Konsequenz einer nur mäßigen Übertragungsgeschwindigkeit, die gerade bei CT-Studien, die Tausende von Schnittbildern enthalten können, negativ ins Gewicht fällt. Dieser Nachteil muss bei der Konzeption des speziellen CT-Bilder-Workflows (7 Abschn. 7.2.1.2) berücksichtigt werden. Zur schnellen Darstellung von Bildern im PACS wäre dieses Kommunikationsprotokoll sehr unge-
eignet. Aus diesem Grund wählen die PACS-Hersteller dafür andere Kommunikationsverbindungen (ASFTP etc.), die ein schnelles und effizientes Bilderladen ermöglichen. Dabei werden auch nicht alle vorhandenen Bilder gleichzeitig geladen, sondern nur die Bilder, die der Anwender durch seine Interaktionen (Scrollen innerhalb einer Bildserie, Darstellung der nächsten Bildserie etc.) mit der PACSApplikation gerade anfordert. Bei der Dimensionierung des Bildspeichers stellen CT-Bilder aufgrund der Menge, also Anzahl und Größe, einen maßgeblichen Faktor dar. CT-Bilder entstehen aus den CT-Rohdaten der Modalität. Je nach diagnostischer Anforderung werden CT-Bilder mit verschiedenen Schichtdicken und Kernels aus den ursprünglichen CT-Rohdaten rekonstruiert. Es gilt dann zu entscheiden, ob alle erzeugten CT-Bilder (dicke und dünne Schichten etc.) gespeichert werden sollen. Daraus leitet sich schließlich auch die Strategie für die Langzeitarchivierung unter Berücksichtigung folgender Faktoren ab: 4 vorhandene finanzielle Ressourcen, 4 Sicherstellung der Archivierung aller Dünnschichtserien (spätere Nachverarbeitung/Analysen möglich), 4 Sicherstellung der Performance/Effizienz (Dünnschichtserien weniger geeignet für die Bildverteilung).
61 7.4 · Technische Komponenten eines PACS
Je nach PACS-Technologie kann ein Bildspeicher in 2 Bereiche aufgeteilt werden, um die Kapazität des Speicherplatzes auch unter dem Kosten/Nutzen-Aspekt optimal auszunutzen. Dabei werden die neueren Bilder im originalen DICOM-Format abgelegt; ältere Bilder hingegen verlustfrei komprimiert (Wavelet-Format) gespeichert mit dem Vorteil, dass Bilder im Wavelet-Format nur den ca. 0,4fachen Speicherplatz benötigen. Praxistipp
In der Praxis hat sich bewährt, die Größe der Speicheranteile für DICOM-Bilder, die nicht älter sind als 1 Jahr, und für Wavelet-Bilder, die nicht älter als 3 Jahre sind, zu dimensionieren. Bilder, die älter als 3 Jahre sind, werden in das Langzeitarchiv auslagert.
jLangzeitarchiv
Technisch gesehen besteht heutzutage ein Langzeitarchiv analog dem Bildspeicher aus mehreren Festplattenspeichern, die mittels eines logischen Steuerungssystems in einem Verbund betrieben werden. Zusätzlich muss jedoch die gesetzliche Forderung der Revisionssicherheit erfüllt werden, d. h., archivierte Bilder dürfen während der Aufbewahrungsfristen nicht verändert werden. Eine solche Archivierung soll dem früher üblichen Ablegen der Röntgenfilmtüte in einem Archivraum entsprechen. Die IT-Industrie bietet dazu u. a. für das Gesundheitswesen spezielle Speichersysteme an, die eine Löschsicherheit bieten, Reparaturmechanismen beinhalten und die dafür sorgen, dass alle Bilder auch nach Jahren noch lesbar sind. Jedes an das PACS gesendete Bild wird sowohl im Bilderspeicher als auch im Langzeitarchiv im DICOM-Format gespeichert. Damit wird einem möglichen Datenverlust (z. B. durch Ausfall des Onlinebildspeichers) vorgebeugt. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass auch die archivierten Bilder jederzeit in das PACS automatisch zurückgeladen werden können und somit quasi als erweiterter Onlinespeicher anzusehen sind. Es obliegt dem Management der Gesundheitsinstitution, ob Bilder auch nach der gesetzlich geforderten Aufbewahrungsfrist noch weiter aufbewahrt werden.
7
jClientanwendung (Applikation)
Damit der Anwender das PACS auch benutzen kann, wird auf seinem Computerarbeitsplatz das eigentliche Programm (Applikation) zur Verfügung gestellt. Nach dem Login wird dem Anwender ein Cockpit präsentiert, mit dem Patienten/Untersuchungen ausgewählt, Bilder dargestellt und bearbeitet werden können. Mit entsprechenden Bedienknöpfen können spezifische Funktionen ausgeführt werden. Mittels eines Berechtigungskonzepts kann für jede Anwenderrolle (Radiologe, MTRA, Klinker etc.) definiert werden, welche Werkzeuge bereitgestellt werden. Zusätzlich sind weitere Spezialapplikationen im PACS integriert, wie z. B. 3-D-Rekon, MPR, OrthoPlanungstool, nuklearmedizinische Funktionen etc. jArbeitsstation mit Befundmonitoren
Die Nutzung der PACS-Applikation für die Befundung durch den Radiologen stellt besondere Forderungen an die Arbeitsstation. Insbesondere betrifft dies die Qualität der Monitore. Dabei wird für die Befundung von CT-, MR- und konventionellen Bilder eine Monitorauflösung von mind. 2 MP (Megapixel) gefordert und für Mammographiebilder von 5 MP. Hinsichtlich Kontrast, Auflösung und anderer Parameter unterliegen diese einer Abnahmeprüfung und dauerhaften Überwachung dieser Qualitätsmerkmale. jNetzwerk
Nach heutigem Stand der Technik kann für die physikalischen Verbindungsleitungen zwischen dem zentralen PACS, den Modalitäten und den PACSArbeitsstationen das klinikinterne Netzwerk verwendet werden. Das Hausnetzwerk ist gegen die Außenwelt (Internet) ausreichend geschützt, sodass die Bilder (Patientendaten) unverschlüsselt übertragen werden können. Lediglich die Netzwerkperformance sollte näher betrachtet werden. Hierzu sind 2 Szenarien zu betrachten: 1. Ein Radiologe muss wesentlich mehr Bilder pro Tag betrachten als ein Kliniker. Jede zeitliche Verzögerung beim Bildaufruf summiert sich über den Tag und kostet somit wertvolle Arbeitszeit des Radiologen. Aus diesem Grund sollte das Netzwerk zwischen den PACS-Arbeitsstationen und dem zentralen PACS eine Geschwindigkeit
62
Kapitel 7 · Bilddatenmanagement RIS/PACS
von 1 GBit/s aufweisen. Anhand von Testversuchen konnte nachgewiesen werden, dass der Bildtransfer etwa um den Faktor 3 schneller erfolgt als mit einem 100-MBit/s-Netzwerk. 2. Einem Kliniker können Bilder im Wavelet-Format präsentiert werden. Durch die vorhandene Komprimierung müssen wesentlich weniger Datenmengen transportiert werden. Erfahrungswerte zeigen, dass Netzwerkleitungen mit 100 MBit/s völlig ausreichend sind. jServersysteme
7
Die zentralen Komponenten des RIS/PACS müssen auf Serversystemen installiert sein. Ein Server besteht aus einem Betriebssystem (Windows, Unix etc.) und den spezifischen Programmen und Services der Komponente. Es ist dabei völlig unerheblich, ob ein Server auf einem physikalischen Com-
puter oder in einem virtuellen System läuft. Als virtuelle Systeme bezeichnet man rein softwarebasierte Server, vorstellbar als eine große Datei, die auf einer Trägermaschine installiert ist. Vorteil dieser Trägermaschinen ist, dass viele solcher virtuellen Server gleichzeitig darauf betrieben werden können. Die Trägermaschinen beinhalten selbst wiederum ein eigenes Betriebssystem und können die verfügbare Hardware optimal auf den Leistungsbedarf jedes virtuellen Servers abstimmen. Mit dem Einsatz von virtuellen Systemen kann die Ausfallsicherheit erheblich gesteigert werden, da bei einem Ausfall ein virtueller Server innerhalb von Sekunden auf einer anderen Trägermaschine wieder zur Verfügung steht. Des Weiteren kann durch die modulare Konzeption der Ausbau eines RIS/PACS-Systems ohne größeren Aufwand vorgenommen werden.
. Tab. 7.3 Faktoren, welche die technische Architektur regulieren Forderungen
Auswirkungen
Alle erzeugten Bilder sollen dauerhaft gespeichert bleiben
Massive Zunahme des Speicherbedarfs für das Langzeitarchiv (schneller Speicher ist kostenintensiv)
Schnelle Bilddarstellung an jedem Arbeitsplatz
4 Technische Auslegung des Bildspeichers muss dies berücksichtigen 4 Netzwerkperformance muss entsprechend ausgebaut werden. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass andere Applikation/Dienste das gleiche Netzwerk nutzen
Höchste Verfügbarkeit und 7 × 24 h Betrieb
4 Ausfallsicherheit kann durch redundante Auslegung aller Komponenten und/oder den Einsatz von virtuellen Systemen optimiert werden 4 Bildspeicher und Langzeitarchivierung müssen ebenfalls redundant ausgelegt werden, um Datenverlust zu vermeiden 4 »Single point of failures« sind bei der Konzeption zu vermeiden 4 Failover-Prozeduren müssen definiert werden und wirksam funktionieren
Patientendaten (Bilder) müssen vor unbefugtem Zugriff geschützt sein
4 Kliniknetzwerk muss Sicherheitskriterien erfüllen 4 Eingrenzung des zugangsberechtigten Personenkreises 4 Einsatz von Systemen, die einen Nachweis für unberechtigte Zugriffe überwachen und dokumentieren 4 Einsatz von Firewalltechniken, VPN und Verschlüsselungsmechanismen etc. muss auf den Bedarf abgestimmt werden
Hohe Integration mit dem vorhandenen Informationsverbund
4 Erfordert einen hohen personellen und finanziellen Aufwand für die Entwicklung und den Betrieb von Schnittstellen 4 Eine Beurteilung zwischen der Komplexität und der Beherrschbarkeit des Gesamtsystems ist vorzunehmen
Verwendung von standardisierten Schnittstellen im Informationsverbund
Vorgaben wie die IHE-Konformität sollten zwingend eingehalten werden
63 7.5 · Weiterführende Literatur
7.4.2
Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit
Die gewählte technische Architektur des RIS/PACS hat einen wesentlichen Einfluss auf die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit und wird in der Regel nur durch die finanziellen Möglichkeiten begrenzt. In der Konsequenz muss eine Kompromisslösung realisiert werden, die u. a. durch die Faktoren in . Tab. 7.3 bestimmt wird.
7.5
Weiterführende Literatur
Boehm T, Handgraetinger O, Link J, Ploner R, Voellmy DR, Marincek B, Wildermuth S (2004) Evaluation of radiological workstations and web-browser-based image distribution clients for a PACS project in hands-on workshops. Eur Radiol, May 14(5): 908–914 Boland GW (2008) Enhancing CT productivity: strategies for increasing capacity. AJR Am J Roentgenol, Jul 191(1): 3–10 Braunschweig R, Kaden I, Schwarzer J, Sprengel C, Klose K (2009) Image data compression in diagnostic imaging: international literature review and workflow recommendation. Rofo, Jul 181(7): 629–636 Fernandez-Bayó J (2010) IHE profiles applied to regional PACS. Eur J Radiol, Jun 24 (Epub ahead of print) Joshi V, Lee K, Melson D, Narra VR (2010) Empirical Investigation of Radiologists’ Priorities for PACS Selection: An Analytical Hierarchy Process Approach. J Digit Imaging, Sep 8 (Epub ahead of print) Pottala KM, Kalra MK, Ouellette K, Sahani D, Thrall JH, Saini S (2005) Multidetector-row CT: economics and workflow. Eur Radiol, Nov 15(Suppl 4): D149–152 Rubin DL (2009) Informatics Methods to Enable Patient-centered Radiology. Acad Radiol, May 16(5): 524–534
7
II
Allgemeine Anwendungen Kapitel 8
Schädel – 67 Hans Scheffel
Kapitel 9
Kopf-Hals – 73 Hans Scheffel
Kapitel 10
Thorax – 81 Sebastian Leschka und Hatem Alkadhi
Kapitel 11
Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt – 89 Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
Kapitel 12
Nieren – 101 Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
Kapitel 13
CT-Angiographie – 109 Sebastian Schindera und Zsolt Szücs-Farkas
Kapitel 14
CT-Pulmonalisangiographie – 117 Zsolt Szücs-Farkas und Sebastian Schindera
Kapitel 15
Herz – 123 Sebastian Leschka und Lotus Desbiolles
Kapitel 16
Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie – 133 Maciej Jonczy und Christian W. A. Pfirrmann
Kapitel 17
Polytrauma – 153 Hatem Alkadhi und Thomas Frauenfelder
8
Schädel Hans Scheffel
8.1
Einleitung
– 68
8.2
Untersuchungsmodi
8.3
Indikationen
8.4
Patientenvorbereitung und -lagerung
8.5
Protokolle
8.6
Spezielle CT-Untersuchung
– 68
– 68 – 68
– 68
8.6.1 CT-Angiographie
– 68
– 68
8.7
Systematische Bildanalyse
8.8
Weiterführende Literatur
– 71 – 72
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_8, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
8
68
Kapitel 8 · Schädel
8.1
Einleitung
Zwei Drittel aller CT-Untersuchungen betreffen den Schädel sowie die angrenzende Kopf-Hals-Region. Besonders in der Notfalldiagnostik ist die CT des Schädels unverzichtbar, da sie dort das Bildgebungsverfahren der Wahl bei Patienten mit akuten Schädelverletzungen und akuten neurologischen Ausfällen ist. Die Schädel-CT stellt somit die häufigste Untersuchung in der Neuroradiologie dar. Die Kenntnis der Schädelanatomie ist von essenzieller Bedeutung für das Erkennen und die Interpretation pathologischer Prozesse. Die Durchführung nativer sowie kontrastmittelgestützter CT-Sequenzen erfordert eine genaue Indikationsstellung. In Kombination mit der CT-Angiographie und -Perfusion ist sie eine schnelle, nichtinvasive Methode mit hoher diagnostischer Aussagekraft in der Beurteilung von Hirn- und Halsgefäßen sowie vaskulären Erkrankungen des Gehirns.
8.2
Die Auswahl des geeigneten Schädel-CT-Untersuchungsprotokolls (. Tab. 8.4) ist abhängig von der vermuteten Pathologie (. Tab. 8.2). Die Gabe von intravenösem KM ist immer dann notwendig, wenn vaskuläre oder neoplastische Pathologien vermutet bzw. untersucht werden sollen. Gleichzeitig verlangt eine CT-Angiographie sowie die CT-Perfusion die Gabe von intravenösem Kontrastmittel. Praxistipp
1. Ist ein automatisiertes Bolustracking oder ein Testbolus nicht möglich, so kann eine fixe Aufnahmeverzögerung (Delay) verwendet werden. Ein Delay von 35 s führt meist zu einer guten Kontrastierung der Arterien und Venen; eine Verzögerung von 20–25 s resultiert in einer vorwiegend arteriellen Kontrastierung. 2. Es empfiehlt sich, bei der Untersuchung der hirnversorgenden Arterien die Halsgefäße in das Scanvolumen einzubeziehen. Auf diese Weise lassen sich sowohl ein thromboembolischer Verschluss als auch eine mögliche extrazerebrale Stenose untersuchen.
Untersuchungsmodi
Zur Untersuchung des Schädels mit der CT stehen verschiedene Modi zur Verfügung (. Tab. 8.1). > Die Schädel-CT ist das Bildgebungsverfahren der Wahl bei der Untersuchung von Patienten mit akut neurologischen Ausfällen oder traumatischen Schädelverletzungen.
8.3
> Die Schädeluntersuchung mit der CT erfolgt sequenziell oder spiralförmig mit dem Ziel, Schichtdicken von etwa 4 mm infra- und supratentoriell zu erhalten.
Indikationen
Einen hohen Stellenwert hat die CT-Untersuchung des Schädels in der initialen Untersuchung von Akutverletzungen des Schädels und der initialen Abklärung neurologischer Ausfälle (. Tab. 8.2).
8.4
Protokolle
8.5
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 8.3 zusammengefasst (7 Kap. 6).
8.6
Spezielle CT-Untersuchung
8.6.1
CT-Angiographie
Die CT-Angiographie dient der Darstellung von Gefäßen während der ersten KM-Passage (»first pass«) nach intravenöser Gabe eines KM-Bolus. Voraussetzungen für eine adäquate Bildqualität sind eine ausreichende Kontrastmittelkonzentration in den zu untersuchenden Gefäßen sowie eine hohe räumliche Auflösung. Man sollte eine möglichst geringe Schichtkollimation wählen; dies erleichtert die Nachverarbeitung mithilfe von 3-dimensionalen
69 8.6 · Spezielle CT-Untersuchung
8
. Tab. 8.1 Übersicht der verschiedenen Untersuchungsmodi CT-Schädel Untersuchungsmodus
Kommentar
CT-Schädel nativ
CT-Untersuchung des Schädels ohne die Applikation von intravenösem Kontrastmittel
CT-Schädel mit i.v.-KM
CT-Untersuchung des Schädels mit vorheriger Applikation von intravenösem Kontrastmittel
CT-Angiographie
CT-Untersuchung des Schädels mit vorheriger Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bildakquisition in einer arteriellen Phase zur Darstellung der intrazerebralen arteriellen Gefäße
CT-Perfusion (7 Kap. 21.2)
CT-Untersuchung des Schädels mit vorheriger Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bildakquisition der Hirndurchblutung über die Zeit zur Darstellung der Durchblutung des Hirngewebes
. Tab. 8.2 Indikationen für die CT-Untersuchung des Thorax Indikation
CT-Schädel nativ
CT-Schädel mit i.v.-KM
CT-Angiographie
Kommentar
Erstabklärung Schädel-Hirn-Trauma inkl. einer Schädelbasisfraktur
X
–
–
Methode der Wahl
Verlaufskontrolle eines SchädelHirn-Traumas (z. B. ICB)
X
–
–
Methode der Wahl
Ausschluss einer intrazerebralen Blutung (z. B. SAB)
X
–
–
Methode der Wahl
Abgrenzung und Bestimmung des Ausmaßes einer zerebralen Ischämie
X
X
–
Die Kombination aus nativer und KM-gestützter CT
Erkennung von Infarktfrühzeichen, z. B. einem hyperdensen Mediazeichen oder einem Verlust des lnselrindenbands
X
X
–
Die Kombination aus nativer und KM-gestützter CT (Cave: Die MRT ist der CT in der Detektion einer Ischämie überlegen)
Erkennen eines möglichen Hydrocephalus non communicans (occlusus) aufgrund raumfordernder Läsionen der hinteren Schädelgrube
X
–
–
Methode der Wahl
Bestimmung der Lokalisation eines Gefäßverschlusses
–
X
X
–
Untersuchung des Ausmaßes von Kollateralkreisläufen
–
X
X
In Kombination mit der CT-Perfusion
Therapiekontrolle nach therapeutischen Interventionen, z. B. nach einer Thrombolyse oder mechanischer Rekanalisation
X
X
–
–
Erstabklärung eines Hirntumors
X
X
–
Die CT ist hier eine gute Methode, die in vielen Einrichtungen zur Verfügung steht. Man sollte bedenken, dass ein negativer Befund eine Raumforderung jedoch nicht ausschließt
70
Kapitel 8 · Schädel
. Tab. 8.3 Patientenvorbereitung und -lagerung
8
Patientenvorbereitung
4 Der Patient sollte über die potenziellen Risiken einer Kontrastmittelapplikation aufgeklärt werden 4 Für kontrastmittelgestützte Untersuchungen sollten Informationen über die Nieren- und Schilddrüsenfunktion vorliegen (Kreatinin und TSH-Werte) 4 Die aktuelle Medikation des Patienten sollte bekannt sein, um mögliche Wechselwirkungen zu vermeiden (z. B. Metformin) 4 Anlage eine peripheren Venenzugangs (z. B. rosa Venflon®, 20 G) bei Schädel-CT mit KM bzw. CTAngiographie und -Perfusion (z. B. grüne Venflon®, 18 G)
Patientenpositionierung
4 Der Patient liegt auf dem Rücken auf dem CT-Untersuchungstisch 4 Der Kopf des Patienten ist in der Kopfschale platziert 4 Bei unruhigen Patienten kann eine Fixierung mit einem Halteband, evtl. mit einer Schaumstoffpolsterung erfolgen 4 Falls die Gantry nicht gekippt werden kann, empfiehlt sich für die Untersuchung eine Flexion des Kopfes in der Kopfschale um etwa 30°
Untersuchungsbereich
4 Die Augenlinse sollte außerhalb des Aufnahmebereichs liegen, um die Strahlenbelastung dieser besonders strahlensensiblen Struktur zu verringern (. Abb. 8.1) 4 Die Gantry sollte daher parallel zur Schädelbasis (entlang der sog. deutschen Horizontalen) gekippt werden. Bei Computertomographen, bei denen eine Gantrykippung nicht möglich ist, sollte der Kopf für die Untersuchung nach Möglichkeit um etwa 30° flektiert werden 4 Für intrakranielle CT-Angiographien der Arterien sollte der Aufnahmebereich bis etwa zur Mitte des Schädels, d. h. bis knapp oberhalb der Sella turcica, reichen (. Abb. 8.2) 4 Für eine kombinierte CT-angiographische Darstellung von Arterien und Venen sollte der Aufnahmebereich von der Schädelbasis bis zum Scheitelpunkt reichen (. Abb. 8.2) 4 Für eine CT-angiographische Untersuchung des gesamten supraaortalen Gefäßsystems sollte der Aufnahmebereich vom Aortenbogen bis zum Scheitelpunkt reichen (. Abb. 8.2)
. Abb. 8.1 Aufnahmebereich bei einer Untersuchung des Schädels mit Gantrykippung
Reformationen (. Tab. 8.4). Das Erzielen einer ausreichenden Kontrastierung der Gefäße ist hierbei abhängig von der Flussrate, mit der das Kontrastmittel appliziert wird (7 Kap. 13). Da die Dauer der arteriellen Kontrastierung nicht wesentlich länger als
die Dauer der Kontrastmittelbolusgabe ist, ist das Zeitfenster des Scans durch die applizierbare Höchstmenge des Kontrastmittels limitiert. Die CT-Angiographie des Schädels wird häufig im Zusammenhang mit der Frage nach einer Ischämie durchgeführt. Da die intra- und extrakraniellen Gefäße in diesem Zusammenhang für die Therapie des Patienten entscheidend sein können, empfiehlt sich die kombinierte Untersuchung beider Gefäßterritorien. Die CT-Angiographie liefert zusammen mit der CT-Perfusion (7 Kap. 21) entscheidende Informationen über das Ausmaß der arteriellen Okklusion sowie die Kapazität der Kollateralen über den Circulus arteriosus Willisi und über Ieptomeningeale Gefäße. Weiterhin erlaubt sie die Differenzierung zwischen atherosklerotischen Thromboembolien und arteriellen Dissektionen sowie assoziierten Läsionen, wie z. B. einem intrakraniellem Aneurysma, die die Indikation für eine Thrombolysetherapie einschränken können. Die CT-Angiographie stellt somit ein wichtiges Diagnostikum bei der Wahl der Behandlung der akuten Ischämie dar. Die anatomische Beschreibung der Gefäße ermöglicht die
71 8.7 · Systematische Bildanalyse
a
b
. Abb. 8.2 Bei der intrakraniellen CT-Angiographie sollte der Aufnahmebereich bis etwa zur Mitte des Schädels, d. h. bis knapp oberhalb der Sella turcica reichen (a). Für die kombinierte CT-Angiographie von Arterien und Venen sollte der Aufnahmebereich von der Untergrenze der Schädelbasis
genaue Planung der nachfolgenden interventionellen Verfahren (z. B. angioplastische Stents). Praxistipp
Die kombinierte CT-angiographische Untersuchung der intra- und extrakraniellen hirnversorgenden Gefäße (. Abb. 8.2) erlaubt ein sog. One-Stop-Shopping zur radiologischen Abklärung therapeutischer Entscheidungen bei Patienten mit akuter Ischämie.
> Verwenden sie eine möglichst geringe Schichtdicke: Dies erleichtert die Nachverarbeitung mit multiplanaren Reformationen.
c bis zum Scheitelpunkt reichen (b). Ist eine kombinierte CTAngiographie der extra- und intrakraniellen Strombahn geplant, sollte der Aufnahmebereich vom Aortenbogen bis zum Scheitelpunkt reichen (c)
Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Weichteilfenster 4 4 4 4 4
4 4 4 4 4 4
8.7
Systematische Bildanalyse
Während den meisten CT-Untersuchungen des Schädels eine spezifische Fragestellung zugrunde liegt, sollte man sich in der radiologischen Diagnostik nicht auf die alleinige Beantwortung der aktuellen klinischen Fragestellung beschränken. Eine Checkliste kann helfen, wichtige Befunde nicht zu verpassen und Fehlbefunde zu vermeiden. Eine Checkliste für die Beurteilung einer CT-Untersuchung des Schädels ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben.
8
4 4 4
6
Asymmetrien Gyri Sulci Marklager Ventrikelsystem (Größe, Form, Verhältnis zu äußeren Liquorräumen, Niveaubildung im Hinterhorn?) Kleinhirn und Großhirn separat evaluieren Parenchymatrophie? Hirnnerven, Neuroforamina Intrakranielle Gefäße Hypodensitäten? (Umschrieben, Asymmetrisch, Seitengleich) Hyperdensitäten? (Umschrieben, Asymmetrisch, Seitengleich, Blut, Verkalkung,) Extrakranielle Weichteile (z. B. Galeahämatom?) Fremdkörper Zustand nach Operation?
Röhrenspannung [kV]
120
120
120
Schädel nativ
Schädel mit KM
CT-Angiographie
100
135–200
135–200
RöhrenstromZeit-Produkt [mAs]
120 ml à 4–5 ml/s, Bolus-tracking + 10 s
80–100 ml à 2,5 ml/s, Delay: 30–40 s p.i.
∅
Kontrastmittel
1,25/1 2/1,5
Knochen
4/1
Knochen Weichteile
4/1
4/1
Knochen Weichteile
4/1
Schichtdicke/ Inkrement (mm)
Weichteile
Rekonstruktionen
8
Protokoll
. Tab. 8.4 Untersuchungsprotokolle allgemein
Hart
Weich
Hart
Weich
Hart
Weich
Rekonstruktionsfilter
2 000/500
90/30
2 000/500
400/50
Gefäßokklusion
Tumor, Hirninfarkt
Trauma, Blutung, Hirninfarkt
90/30 2 00 0/500
Fragestellungen
Fensterbreite/ Zentrum
72 Kapitel 8 · Schädel
Knochenfenster
4 Asymmetrien 4 Verkalkungen? (z. B. Falx, Epiphyse, Meningeome) 4 Frische/ältere Frakturen? 4 Osteoblastische Läsionen? 4 Osteolysen? 4 Nasennebenhöhlen (soweit abgebildet) 4 Stenosen der Neuroforamina?
8.8
Weiterführende Literatur
Lövblad KO, Baird Ä (2006) Actual diagnostic approach to the acute stroke patient. Eur Radiol 16: 1253–1269 Papke K, Brassel F (2010) Moderne Schnittbildgebung der Kopf-Hals-Gefäße. Radiologe 50: 377–397
9
Kopf-Hals Hans Scheffel
9.1
Einleitung
– 74
9.2
Untersuchungsbereiche
9.3
Untersuchungsmodi
9.4
Indikationen
9.5
Patientenvorbereitung und -lagerung
9.6
Protokolle
9.7
Spezielle CT-Untersuchung der Kopf-Hals-Region
9.8
Systematische Bildanalyse
9.9
Weiterführende Literatur
– 74
– 74
– 74 – 74
– 77
– 79 – 80
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_9, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 79
74
Kapitel 9 · Kopf-Hals
9.1
Einleitung
In der täglichen Routine hat die CT-Bildgebung der Kopf-Hals-Region einen hohen Stellenwert in der Diagnostik akuter und chronischer Erkrankungen. Verbesserte Untersuchungstechniken erlauben kurze Untersuchungszeiten und eine hohe räumliche Auflösung. Weiterhin hat die CT-Angiographie der Kopf-Hals-Region in die Routine der radiologischen Diagnostik Eingang gefunden. Spezifisch angepasste Untersuchungstechniken in Kombination mit adäquaten Nachverarbeitungsmethoden wie der multiplanaren Reformation erlauben es, verschiedene Pathologien anatomisch exakt zu beschreiben und die korrekten Diagnosen zu stellen.
2. Die Untersuchung des Felsenbeins mit der CT dient der Beurteilung des äußeren und inneren Gehörgangs, des Mastoids und des Mittelohrs. Weiterhin lassen sich das Innenohr sowie die Gehörknöchelchen exakt beurteilen.
Patientenvorbereitung und -lagerung
9.5
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 9.4 zusammengefasst (7 Kap. 6). Praxistipp
9.2
9
Untersuchungsbereiche
Die Kopf-Hals-Region kann in anatomisch unterschiedliche Untersuchungsbereiche gegliedert werden: 4 Felsenbein, 4 Gesichtsschädel und Nasennebenhöhlen, 4 Hals: 5 Naso- und Oropharynx, 5 Hypopharynx und Larynx, 5 Halsweichteile.
9.3
Untersuchungsmodi
Zur Untersuchung der Kopf-Hals-Region mit der CT stehen verschiedene Modi zur Verfügung (. Tab. 9.1).
9.4
Indikationen
Die CT-Untersuchung der Kopf-Hals-Region verlangt eine spezifische Indikationsstellung (. Tab. 9.2, . Tab. 9.3). > 1. Die Untersuchung der Kopf-Hals-Region mit der CT verlangt eine spezifische Fragestellung, sodass die Untersuchung fokussiert und mit dem richtigen Protokoll erfolgen kann. 6
Eine Fixierung des Kopfes mit einem Halteband inklusive einer Schaumstoffpolsterung erleichtert es dem Patienten, eine ruhige Position während der Untersuchung einzunehmen.
Praxistipp
1. Zahnfüllungen können Aufhärtungsartefakte verursachen (7 Kap. 4), welche durch evtl. 2 Serien mit unterschiedlicher, dorsal überlappender Gantryneigung (1 Serie parallel zum harten Gaumen mit Unterrandschneidezähne, eine 2. Serie direkt unterhalb der Unterkieferzähne) verhindert werden können. 2. Bei der Einstellung des Untersuchungsbereichs NNH ist zu beachten, dass der Sinus maxillaris bis weit in den Oberkiefer reichen kann. 3. Die Patienten sollten während einer CT des Halses nicht schlucken. Im Idealfall sollten die Patienten unter ruhiger Atmung untersucht werden, da sich die Stimmbänder dabei in einer Mittelstellung befinden und so kleine Befunde durch entsprechende Asymmetrie erkennbar werden. 4. Bei unklaren Befunden im Hypopharynx, wie einer diskreten Seitenasymmetrie,
6
9
75 9.5 · Patientenvorbereitung und -lagerung
. Tab. 9.1 Übersicht über die verschiedenen Untersuchungsmodi der Kopf-Hals-Region mit der CT Untersuchungsmodus
Kommentar
CT-Felsenbein
CT-Untersuchung des Felsenbeins ohne die Applikation von intravenösem KM
CT-NNH und Gesichtsschädel mit i.v.-KM
CT-Untersuchung der Nasennebenhöhlen und des Gesichtsschädels nach Applikation von intravenösem KM
CT-Hals mit i.v.-KM
CT-Untersuchung des Halses nach Applikation von intravenösem KM, Bildakquisition in der arteriellen Phase zur Darstellung der intra- und extrazerebralen arteriellen Gefäße
CT-Hals mit i.v.-KM
CT-Untersuchung des Larynx sowie des angrenzenden Hypopharynx nach Applikation von intravenösem Kontrastmittel
. Tab. 9.2 Indikationen für die native CT der Kopf-Hals-Region Indikation
CT-Felsenbein
CT-NNH
CT-MG
Kommentar
Spezifische Abklärung eines Traumas der Schädelbasis
X
–
–
Exakte Beurteilung von traumatischen Verletzungen des Innenohrs
Verlaufskontrolle bei Felsenbeinfraktur
X
–
–
–
Frage nach Fraktur oder Untersuchung einer chronischen Sinusitis
–
X
–
Alle anderen Fragestellungen verlangen die Gabe von i.v.-KM
Frage nach Fraktur des Mittelgesichts
–
–
X
–
Spezifische Abklärung von NNH-Pathologien (z. B. anatomische Normvarianten)
–
X
–
–
. Tab. 9.3 Indikationen für die kontrastmittelverstärkte CT der Kopf-Hals-Region Indikation
CT-Felsenbein mit i.v.-KM
CT-NNH und -MG mit i.v.-KM
CT-Hals mit i.v.-KM
CT-MG mit i.v.-KM
Kommentar
Frage nach vaskulärer Pathologie oder Tumor
X
–
–
–
z. B. Cholesteaotom
Frage nach Tumor oder Entzündung der NNH oder des MG
–
X
–
X
z. B. Mukozele
Alle Fragestellungen außer Trauma oder bekannte chronische Sinusitis
–
X
–
–
–
Staging von Tumoren des Nasenrachenraums sowie Frage nach Entzündungen (z. B. Abszess)
–
–
X
–
CT ist der Endoskopie teilweise überlegen
76
Kapitel 9 · Kopf-Hals
. Tab. 9.4 Patientenvorbereitung und -lagerung
9
Patientenvorbereitung
4 Ist eine Untersuchung mit KM geplant, sollte der Patient über die Risiken einer KM-Applikation aufgeklärt werden 4 Für KM-gestützte Untersuchungen sollten, wenn möglich, Informationen über die Nieren- und Schilddrüsenfunktion vorliegen (Kreatinin und TSH-Werte) sowie die aktuelle Medikation des Patienten bekannt sein, um mögliche Nebenwirkungen zu vermeiden (z. B. Metformin). Frage nach Überempfindlichkeit gegen jodhaltiges Kontrastmittel (7 Kap. 25, 7 Kap. 26) 4 Anlage eines peripheren Venenzugangs (z. B. rosa Venflon®, 20 G) bei CT der Kopf-Hals-Region mit KM und bei der CT-Angiographie des Halses (z. B. grüne Venflon®, 18 G)
Patientenpositionierung
4 Der Patient sollte auf dem Rücken liegen 4 Der Kopf des Patienten ist in der Kopfschale platziert 4 Bei unruhigen Patienten kann eine Fixierung mit einem Halteband, evtl. mit einer Schaumstoffpolsterung erfolgen 4 Falls die Gantry nicht gekippt werden kann, empfiehlt sich für die intrakranielle Untersuchung eine Flexion des Kopfes in der Kopfschale um etwa 30°
Untersuchungsbereich
4 Die Augenlinse sollte außerhalb des Aufnahmebereichs liegen, um die Strahlenbelastung dieser besonders strahlensensiblen Struktur zu verringern 4 Die Gantry sollte parallel zur Schädelbasis (entlang der sog. deutschen Horizontalen) gekippt werden. Spezifische Untersuchungsbereiche: 4 Felsenbein: Pyramidenspitze bis Processus styloideus und Mastoid (. Abb. 9.1) 4 Nasenbenhöhlen: Orbitaboden bis harter Gaumen (Cave: Sinus maxillaris können weit nach kaudal bis in den Oberkiefer reichen) (. Abb. 9.2) 4 Gesichtschädel: Schädelbasis bis Unterkerkiefer (. Abb. 9.3) 4 Hals (Nasopharynx, Oropharynx, Hypopharynx + Larynx): Schädelbasis bis Jugulum (. Abb. 9.4)
. Abb. 9.1 Der Untersuchungsbereich des Felsenbeins. Wichtige Orientierungspunkte (Pfeile) im lateralen Strahlengang sind die Felsenbeinspitze kranial und das Mastoid kaudal
. Abb. 9.2 Der Untersuchungsbereich der Nasennebenhöhlen. Das Topogramm im seitlichen Strahlengang zeigt die 4 Orientierungspunkte (Pfeile) zur vollständigen Abdeckung des Untersuchungsbereichs. Es sind ventral das knöcherne Nasenseptum, dorsal die Sella turcica, kranial der Sinus frontalis und kaudal der harte Gaumen
77 9.6 · Protokolle
a
b
. Abb. 9.3 Der Untersuchungsbereich des Gesichtsschädels sollte von der Schädelbasis bis inklusive Unterkiefer (a, Pfeil) reichen. Ist am verwendeten CT-Gerät eine Kippung der Gantry möglich, können Artefakte durch metallische
können funktionelle Untersuchungen hilfreich sein. Bei der sog. E-Phonation öffnet sich physiologischerweise der Sinus piriformis. Damit kann festgestellt werden, ob eine Asymmetrie mukus- oder tumorbedingt ist. Die Qualität dieser Untersuchung hängt in hohem Maß von der Untersuchungszeit ab; Rotationszeiten von 0,5 s ermöglichen gute Ergebnisse. Bei Patienten, die nicht in der Lage sind, mehrere Sekunden anhaltend zu phonieren, kann alternativ ein ValsalvaManöver durchgeführt werden. Cave: Hierbei liegen Taschenbänder und Stimmbänder eng aneinander, d. h., es können kleine Tumoren maskiert werden.
9.6
9
Protokolle
> Die Untersuchung des Halses verlangt einen vollständigen Untersuchungsbereich von der Schädelbasis bis zur Fossa jugularis sterni. Dies ist unabhängig davon, ob 6
Zahnimplantate vermieden werden, ohne den Informationsgehalt der Untersuchung wesentlich zu reduzieren (b). Geschickte Lagerung des Patienten mit Überstreckung des Kopfes kann sehr hilfreich sein
der primäre Fokus auf den Larynx oder den Nasopharynx gerichtet ist. Anders ist dies bei der Untersuchung des Gesichtsschädels, der NNH und des Felsenbeins. Hier kann sich der Untersuchungsbereich in der Regel auf die anatomische Region beschränken (. Tab. 9.5). Praxistipp
Außer beim Trauma oder bei bekannten chronisch-entzündlichen Erkrankungen können alle CT-Untersuchungen der Nasennebenhöhlen primär mit Kontrastmittel erfolgen.
> Die Akquisition des Gesichtsschädels und der NNH in koronarer Orientierung wird heutzutage bei exzellenter Bildqualität sekundärer koronarer Reformationen von axialen Daten nicht mehr empfohlen. Dies resultiert in erhöhtem Komfort für den Patienten während der Untersuchung. Weiterhin lassen sich Aufhärtungsartefakte durch metallische Zahnimplantate verringern.
140
140
120
120
120
120
CT Felsenbein mit i.v.KM
CT-NNH und Gesichtsschädel nativ
CT-NNH und Gesichtsschädel mit i.v.KM
CT-Hals mit i.v.-KM
200
220
220
120
CT Felsenbein nativ
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Röhrenspannung (kV)
100 ml à 2–3 ml/s
100 ml à 2 ml/s
Ø
100 ml à 2 ml/s
Ø
Kontrastmittel
1,25/1 1,25/1
Knochen
1,25/1
Knochen
Weichteile
1,25/1
1,25/1
Knochen
Weichteile
1,25/1
1,25/1
Knochen Weichteile
1,25/1
1,25/1
Knochen Weichteile
1,25/1
Schichtdicke/ Inkrement (mm)
Weichteile
Rekonstruktionen
Hart
Weich
Hart
Weich
Hart
Weich
Hart
Weich
Hart
Weich
Rekonstruktionsfilter
9
Protokoll
. Tab. 9.5 Untersuchungsprotokolle der Kopf-Hals-CT
2 000/500
90/30
2 000/500
90/30
2 000/500
90/30
2 000/500
90/30
2 000/500
90/30
Fensterbreite/ Zentrum
Frage nach Tumor bzw. entzündlichen Pathologien
Alle Fragestellungen außer Trauma und chronischer Entzündung
Bei traumatischen Fragestellungen oder bei bekannten chronisch-entzündlichen Läsionen kann die Untersuchung nativ erfolgen
i.v.-KM bei Frage nach Tumor (z. B. Cholesteatom, Paragangliom)
Trauma
Fragestellungen
78 Kapitel 9 · Kopf-Hals
79 9.8 · Systematische Bildanalyse
9.7
Spezielle CT-Untersuchung der Kopf-Hals-Region
Die CT-Angiographie des Halses wird im 7 Kap. 8.6 diskutiert.
9.8
Systematische Bildanalyse
Eine Checkliste kann helfen, wichtige Befunde zu erfassen und Fehlbefunde zu vermeiden. In der Kopf-Hals-Region sollte v. a. das systematische Betrachten der einzelnen NNH und der Hals-Kompartimente sowie der einzelnen LK-Level des Halses erfolgen (. Abb. 9.5). Eine Checkliste für die Beurteilung einer CT-Untersuchung der Kopf-Hals-Region ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben. Praxistipp
Benutzen Sie sagittale und koronare Reformationen zur Detektion und Evaluation von Halslymphknoten. Sie erlauben eine gute Übersicht über die der anatomischen Lagebeziehungen und der Hals-Kompartimente. Lymphknoten lassen sich so einfacher und schneller detektieren.
. Abb. 9.4 Untersuchungsbereich des Halses im lateralen Strahlengang, der immer von der Schädelbasis bis zum Jugulum sterni reichen sollte. Ist eine Kippung der Gantry
Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Weichteilfenster 4 Felsenbein – Asymmetrie im Vergleich zur Gegenseite? – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Hintere Schädelgrube 4 NNH – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – KM-Aufnahme der Schleimhaut? 4 Gesichtsschädel – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Mit abgebildete intrakranielle Strukturen 4 Hals – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Abszess? – Lymphknoten? – Oberes Mediastinum
6
möglich, können Artefakte durch metallische Zahnimplantate (rechts, Pfeil) vermieden werden
9
80
9
Kapitel 9 · Kopf-Hals
Knochenfenster – Felsenbein – Asymmetrie im Vergleich zur Gegenseite? – Äußerer und innerer Gehörgang, Gehörknöchelchen, Bogengänge – Belüftungsverhältnisse (z. B. Mastoid) – Arrosionen bzw. Osteolysen? – Raumforderung? – Dehiszenz Karotiskanal? – Zustand nach Operation? – Fremdkörper? 4 NNH – Belüftungsverhältnisse – Anomalien? (z. B. Nasenseptumdeviation, Concha nasalis, Haller-Zellen, OnodiZellen) – Osteomeataler-Komplex – Arrosionen bzw. Osteolysen? – Niveaubildungen? – Raumforderung? – Dehiszenzen, Frakturen? – Zustand nach Operation? – Fremdkörper? – Beurteilung hinsichtlich bevorstehender Eingriffe (z. B. Verlauf der Karotis durch die Schädelbasis) 4 Gesichtsschädel – Siehe NNH, Ober- und Unterkiefer – Zahnstatus 4 Hals – Degenerative Veränderungen der HWS? – Frische/ältere Frakturen der HWS? – Osteolysen? – Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina? – Beurteilung der Larynx-Knorpel
. Abb. 9.5 Schematische Darstellung der Klassifikation der Lymphknotenstationen des Halses nach Rouvière. Wichtige Orientierungspunkte sind der mediale Rand des M. digastricus (venter ant.) sowie des Hinterrand des M. sternocleidomastoideus. Weiterhin sind Hyoid, Cricoid und das Manubrium hilfreiche Demarkationslinien. Die unterbrochenen Linien markieren den Verlauf der Vena jugularis interna (oben) sowie der Arteria carotis communis (unten)
9.9
Weiterführende Literatur
Bink A, Berkefeld J, Zanella F (2009) Anatomie der Schädelbasis und Hirnnerven in der Schnittbildgebung. Radiologe 49: 584–597 Cohnen M (2010) Radiologische Diagnostik der Nasennebenhöhlen. Radiologe 50: 277–296 Kösling S, Brandt S, Neumann K (2010) Bildgebung des Schläfenbeins. Radiologe. 50: 711–734 Lell M, Baum U, Köster M, Nömayr A, Greess H, Lenz M, Bautz B (1999) Morphologische und funktionelle Diagnostik der Kopf-Hals-Region mit Mehrzeilen-Spiral-CT. Radiologe 39: 932–938
10
Thorax Sebastian Leschka und Hatem Alkadhi
10.1 Einleitung
– 82
10.2 Untersuchungsmodi 10.3 Indikationen
– 82
– 82
10.4 Patientenvorbereitung und -lagerung 10.5 Protokolle
– 82
– 82
10.6 Spezielle CT-Untersuchung des Thorax 10.6.1 HR-CT – 84 10.6.2 CT-Pulmonalisangiographie 10.6.3 CT-Aortographie – 86
10.7 Systematische Bildanalyse 10.8 Weiterführende Literatur
– 84
– 86
– 87 – 88
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_10, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
82
Kapitel 10 · Thorax
10.1
Einleitung
10.4
Die initial radiologische Diagnostik des Thorax ist praktisch immer die konventionelle Röntgenaufnahme. Diese besitzt jedoch einige Nachteile, insbesondere die Überlagerung der thorakalen Strukturen durch die Projektionstechnik und die geringe Dichteauflösung. Die CT hat dagegen eine hervorragende Auflösung und bietet eine überlagerungsfreie Darstellung der thorakalen Strukturen.
10.2
Untersuchungsmodi
Zur Untersuchung des Thorax mit der CT stehen verschiedene Modi zur Verfügung (. Tab. 10.1). > Die Thorax-CT ist in der Regel eine Zusatzuntersuchung nach initialer Röntgen-Thorax-Aufnahme.
10
10.3
Indikationen
Einen hohen Stellenwert hat die CT-Untersuchung des Thorax v. a. in der Beurteilung des Lungenparenchyms, beim Tumorstaging und bei der Diagnose und Verlaufsbeurteilung von pulmonalen und mediastinalen Läsionen (. Tab. 10.2).
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 10.3 zusammengefasst.
10.5
Protokolle
Die Wahl des geeigneten Thorax-CT-Untersuchungsprotokolls ist abhängig von der vermuteten Pathologie (. Tab. 10.4). Die Gabe von oralem KM ist grundsätzlich für die Beurteilung der thorakalen Strukturen nicht nötig. Eine Ausnahme kann die Frage nach Ösophagusperforation und die Verlaufsbeurteilung von Ösophagustumoren sein, bei der orales KM gegeben werden kann. Die Gabe von intravenösem KM ist immer dann notwendig, wenn mediastinale und pleurale Pathologien beurteilt werden sollen bzw. eine Angiographie der Aorta oder der Pulmonalarterien durchgeführt wird. In der Regel wird der Thorax bei tiefer Inspiration untersucht. Eventuell ist eine zusätzliche Akquisition in Exspiration bei der HR-CT sinnvoll (7 Abschn. 10.6.1).
. Tab. 10.1 Übersicht über die verschiedenen Untersuchungsmodi der CT-Thorax Untersuchungsmodus
Kommentar
CT-Thorax nativ
CT-Untersuchung des Thorax ohne die Applikation von intravenösem Kontrastmittel
CT-Thorax mit i.v.-KM
CT-Untersuchung des Thorax mit vorheriger Applikation von intravenösem Kontrastmittel
HR-CT
Spezielle Untersuchungstechnik der CT-Thorax ohne die Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bilddaten werden in einem speziellen Verfahren aufgenommen und speziell rekonstruiert (7 Abschn. 10.6.1)
CT-Angiographie
CT-Untersuchung des Thorax mit vorheriger Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bildakquisition in einer pulmonal-arteriellen Phase zur Darstellung der Pulmonalarterien (CT-Pulmonalisangiographie) oder einer arteriellen Kontrastmittelphase zur Darstellung der Aorta (CT-Aortographie)
83 10.5 · Protokolle
10
. Tab. 10.2 Indikationen für die CT-Untersuchung des Thorax Indikation
CT-Thorax nativ
CT-Thorax mit i.v.-KM
HRCT
CT-Angiographie
Kommentar
Erstabklärung eines pulmonalen Rundherds
–
X
–
–
–
Verlaufskontrolle eines Lungenrundherds
X
–
–
–
–
Pulmonale und mediastinale Tumoren
–
X
–
–
–
Tumorstaging
–
X
–
–
Bei Tumorstaging eines Bronchialkarzinoms ist der Thorax von der oberen Apertur bis unterhalb der Nebennieren abzubilden
Differenzierung von pulmonalen von pleuralen Läsionen
–
X
–
–
–
Ösophagusperforation
X
–
–
–
Durchführung unmittelbar nach Einnahme von einem Schluck oralem KM auf dem CT-Tisch
Abklärung eines unklaren Infiltrats
X
–
–
–
–
Abklärung einer interstitiellen Pathologie
–
–
X
–
Allenfalls Inspiration, ggf. Exspiration, ggf. in Bauchlage
Abklärung einer chronischen Lungenerkrankung (Asbestose, Silikose, Emphysem, Bronchiektasie)
–
–
X
–
Allenfalls Inspiration, ggf. Exspiration, ggf. in Bauchlage
Lungenembolie
–
–
–
X
Durchführung als CT-Pulmonalis-angiographie
Abklärung der Aorta
–
–
–
X
Durchführung als CT-Aortographie
. Tab. 10.3 Untersuchungsprotokolle (allgemein) Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang (z. B. rosa Venflon®, 20 G) bei Thorax-CT mit KM bzw. CT-Pulmonalisangiographie und CT-Aortographie (z. B. grüne Venflon®, 18 G) 4 Wenig (~ 50 ml) orales, jodhaltiges KM bei Frage nach Ösophagusperforation oder -fistel
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen 4 Ggf. Bauchlage mit elevierten Armen bei der HR-CT zur Differenzierung einer posterioren Hypostase von fibrotischen Veränderungen
Untersuchungsbereich
4 Obere Thoraxapertur bis unterhalb des posterioren pleuralen Rezessus 4 Obere Thoraxapertur bis unterhalb der Nebennieren (bei Verdacht auf Bronchialkarzinom)
84
Kapitel 10 · Thorax
Praxistipp
10
1. Soll bei der Frage nach Ösophagusperforation orales KM gegeben werden, empfiehlt es sich, das KM sehr kurz vor der Bildakquisition – d. h. auf dem Untersuchungstisch – zu verabreichen. Dies ermöglicht eine optimale Kontrastierung des Ösophaguslumens. 2. Wird bei der Frage nach Ösophagusperforation orales KM gegeben, sollte wegen der Gefahr einer Mediastinitis kein bariumhaltiges KM gegeben werden. Alternativ empfiehlt sich jodhaltiges KM. 3. Lassen Sie den dyspnoeischen Patienten das Atemkommando in vollständiger Dauer üben. Kann der Patient den Atem nicht ausreichend lange für die Thorax-CT anhalten, führen Sie die Untersuchung unter flachem Ein- und Ausatmen durch. Dies reduziert Artefakte, weil der Patient gegen Ende der Untersuchung nicht plötzlich ausatmet. 4. Alternativ bietet sich die Untersuchung im Flash-Modus (d. h. mit einem hohen Pitch) an, bei der eine CT des gesamten Thorax in knapp 1 s möglich ist und bei der Atemartefakte deutlich reduziert werden. 5. Eine intravenöse KM-Gabe über den ZVK sollte bei der CT-Aortographie und bei der CT-Pulmonalisangiographie – obwohl grundsätzlich mit den hierzu erforderlichen Flussraten möglich – vermieden werden. Ansonsten kann es Probleme mit dem korrekten Start der Datenakquisition und notwendigen Kontrastierung geben.
10.6
Spezielle CT-Untersuchung des Thorax
10.6.1
HR-CT
Die HR (High Resolution)-CT ist eine spezielle CTTechnik zur Beurteilung von Lungenparenchymerkrankungen. Ursprünglich wurde die HR-CT-Technik für die relativ langsamen frühen CT-Systeme entwickelt. Mit diesen Systemen war es nicht mög-
lich, einen kompletten Thorax in dünnen Schichten in einer adäquaten Atemanhaltezeit zu akquirieren. Daher wurde ein Routine-Thorax-CT mit diesen CT-Systemen in sehr dicken Schichten (z. B. 10 mm) akquiriert. In solchen Rekonstruktionen sind kleine Lungenparenchymstrukturen – insbesondere interstitielle Pathologien – nicht adäquat zu beurteilen. Als Lösung wurde daher die HR-CT-Technik entwickelt, bei der in der Regel nur alle 10 mm eine 1 mm dicke Schicht akquiriert wird. Intravenöse Kontrastmittel werden normalerweise bei der HR-CT nicht verwendet, da das Lungenparenchym selbst bereits ein hohes Kontrastverhalten aufweist (niedrige NCT der luftgefüllten Alveolen zu den umgebenden Weichteilstrukturen). Zudem ist die HRCT-Technik mit ihrer nichtkontinuierlichen Schichtakquisition ungeeignet für die Beurteilung von mediastinalen Strukturen. > Mit modernen CT-Systemen ist es möglich, den gesamten Thorax in dünnen, kontinuierlichen Schichten (z. B. 1 mm) innerhalb von 1–10 s aufzunehmen. Daher können bei modernen CT-Systemen HR-CT-äquivalente Bilder direkt aus dem Spiraldatensatz berechnet werden. Sowohl die klassische HR-CT-Technik als auch die Berechnung von HR-Bildern aus dem Spiraldatensatz haben gegenüber der anderen Technik Vor- und Nachteile (. Tab. 10.5).
Grundsätzlich wird die HR-CT bei tiefer Inspiration und in Rückenlage aufgenommen. Bei bestimmten Fragestellungen kann es sinnvoll sein, von dieser Regel abzuweichen: 4 Aufnahme in Exspiration: Bei Erkrankungen der kleinen Atemwege (z. B. Bronchiolitis obliterans) kommt es zur Überblähung der versorgten Lungenareale (»air trapping«). Diese Veränderungen sind auf Inspirationsaufnahmen meist nur gering und treten auf Exspirationsaufnahmen deutlich hervor, da die Luft aus den gesunden Lungenarealen entweichen kann und in den betroffenen Lungenarealen gefangen bleibt (. Abb. 10.1). Daher ist es bei Erkrankungen der kleinen Atemwege sinnvoll, sowohl Inspirationsals auch Exspirationsaufnahmen zu machen. 4 Aufnahme in Bauchlage: Ein gewisser Kollaps, bedingt durch Mikroatelektasen oder othosta-
120 (120)
bHR-CT
BWS sagittal
2/1,5 1/0,7 2/1,5 2/2
Lunge BWS sagittal
2/2
BWS sagittal
Aortographie
2/1,5
Lunge
Weichteile
1/0,7
Pulmonalisangiographie
2/2
BWS sagittal 2/1,5
2/1,5
Lunge
Weichteile
2/1,5
2/1,5
Weichteile
Lunge
1/10
2/2
Lunge
Weichteile
2/1,5 2/1,5
Weichteile
2/2
BWS sagittal
Hart
Hart
Weich
Weich
Hart
Hart
Weich
Weich
Hart
Hart
Weich
Hart
Weich
Hart
Hart
Weich
Hart
Hart
Weich
Rekonstruktionsfilter
2 000/500
1 300/-600
700/80
400/40
2 000/500
1 300/-600
500/60
400/40
2000/500
1300/-600
400/40
1 300/-600
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
Fenster: Width/ Center
4 Angiographie der Aorta (Typ-BDissektion, prä-/postoperative Bildgebung bei thorakalem Aortenaneurysma)
4 Lungenembolie
4 Empyem 4 Venenokklusionen 4 Venöse Thromben
4 Interstitielle Lungenpathologien 4 Erkrankungen der großen und kleinen Atemwege
4 Erstabklärung eines pulmonalen Rundherds 4 Onkologisches Staging/Verlaufskontrollen 4 Mediastinale Pathologie
4 Abklärung eines unklaren Infiltrats 4 Verlaufskontrolle pulmonaler Rundherd 4 Perforation des Ösophagus
Fragestellungen
85
b
80 ml à 4,0 ml/s, Bolustracking in der Aorta ascendens
80 ml à 4,0 ml/s, Bolustracking im Truncus pulmonalis
70 ml à 2,5 ml/s, Start 90 s p.i.
∅
70 ml à 2,5 ml/s, Start 40 s p.i.
2/1,5 2/1,5
Weichteile
∅
Schichtdicke/ Inkrement (mm)
Lunge
Rekonstruktionen
Kontrastmittel
Niedrigdosis-CT-Protokolle sollten in Erwägung gezogen werden bei jungen Patienten (< 40 Jahre), normalgewichtigen Patienten (Body-Mass-Index < 25 kg/m2), kurzem Verlaufsintervall Initiale HR-CT-Akquisition in Rückenlage bei tiefer Inspiration, ggf. zusätzliche Akquisitionen in Exspiration und/oder Bauchlage empfohlen
200 (120)
100 (100)
Thorakale Aorta (aNiedrigdosis-CT)
a
150 (120)
120 (100)
Lungenembolie (aNiedrigdosis-CT)
120 (50)
120 (100)
Thorax-KM venös (aNiedrigdosis-CT)
100 (20)
120 (50)
120 (100)
Thorax-KM (aNiedrigdosis-CT)
(aNiedrigdosis-CT)
120 (50)
120 (100)
Thorax nativ (aNiedrigdosis-CT)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Röhrenspannung (kV)
Protokoll
. Tab. 10.4 Untersuchungsprotokolle
10.6 · Spezielle CT-Untersuchung des Thorax
10
86
Kapitel 10 · Thorax
. Tab. 10.5 Vor- und Nachteile der klassischen HR-CT-Technik und der Berechnung von HR-Bildern aus einem Spiraldatensatz Vorteile
Nachteile
Klassische HR-CT
4 Bessere Bildqualität 4 Niedrige Strahlenexposition (da nur 10 % des Thorax aufgenommen wird)
4 Keine adäquate Beurteilung des Mediastinums 4 Pulmonale Rundherde < 10 mm können nicht detektiert werden, wenn sie zwischen 2 Schichten liegen
HR-CT-Rekonstruktion aus dem Spiraldatensatz
4 Beurteilung des Mediastinums möglich 4 Bessere Detektion kleinerer pulmonaler Rundherde 4 HR-Rekonstruktion im Nachhinein aus dem Spiraldatensatz möglich, falls notwendig
4 Höhere Strahlenexposition 4 Leicht verminderte Bildqualität, da das Schichtprofil einer z. B. 1 mm dünnen Schicht im Spiraldatensatz flacher abfallende Seiten hat (7 Kap. 1)
10
. Abb. 10.1 HR-CT in Inspiration und Exspiration. Deutliche Dichtedifferenzen in landkartenartigen Arealen beider Lungen in der Exspirationsaufnahme bei einer Bronchiolitis obliterans.
tisches Ödem in der posterioren Lungenbasis durch das Eigengewicht der Lungen, ist beim Patienten in Rückenlage üblich. Da jedoch viele interstitielle Lungenerkrankungen (z. B. Lungenfibrose, Asbestose) zuerst in der Lungenbasis auftreten, ist es bei solchen Patienten sinnvoll, zusätzlich eine Untersuchung in Bauchlage durchzuführen (. Abb. 10.2).
10.6.2
CT-Pulmonalisangiographie
Die CT-Pulmonalisangiographie ist eine CT-Untersuchung des Thorax in einer pulmonal-arteriellen
Die Pfeile markieren die gesunden Lungenareale, aus denen die Luft in der Exspiration entweichen konnte. Zu beachten ist, dass geringe Dichtedifferenzen auch bei Gesunden zu finden sind
Kontrastmittelphase. Durchgeführt wird diese Untersuchungstechnik immer bei der Abklärung von Lungenembolien (7 Kap. 13).
10.6.3
CT-Aortographie
Die CT-Aortographie des Thorax ist eine CT-Untersuchung in einer arteriellen Kontrastmittelphase. Durchgeführt wird diese Untersuchungstechnik zur Beurteilung der thorakalen Aorta bei Aortenaneurysmen, Aortendissektionen, Verdacht auf und in der Verlaufsbeurteilung thorakaler Aortenprothesen (7 Kap. 14). Für die Frage nach Pathologien der
87 10.7 · Systematische Bildanalyse
. Abb. 10.2 Unterschied der HR-CT in Rücken- und Bauchlage. In Rückenlage zeigen sich beidseits dorsale, pleuranahe Verdichtungen (Pfeile). In Bauchlage demaskieren sich in-
Aorta ascendens ist die Durchführung der CT-Aortographie unter Verwendung einer EKG-Synchronisationstechnik zu empfehlen (7 Kap. 15).
10.7
Systematische Bildanalyse
Eine Checkliste für die systematische Beurteilung einer CT-Untersuchung des Thorax ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben.
terstitielle, fibrotische Veränderungen rechts (Pfeil) und normale Lungenparenchymstruktur links dorsal
– Hilus – Paratracheal – Subkarinär – Kardiophrener Winkel – Supra-/infraklavikulär 4 Pleura: – Pleuraerguss? – Pleuraschwielen? Pleuraverkalkungen? – Mit abgebildeter Oberbauch Lungenfenster
Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Weichteile 4 Mammae (Tumor? Lk? Verkalkungen?) 4 Axillae (Lk?) 4 Mediastinum: – Lungenarterien (Lungenembolie?) – Füllungsdefekte? (komplett und partiell, Lokalisation) – Weite der zentralen Lungenarterien – Größenverhältnis des rechten zum linken Ventrikel 4 Herz (Herzgröße? Koronarsklerose? Bypässe?) 4 Typische LK-Prädilektionsstellen: – Ventral des Aortenbogens – Aortopulmonales Fenster
6
10
4 Lungenparenchym – Bullae? Emphysemtyp? – Narbige Veränderungen? Fibrose? – Bronchiektasen? Bronchialwandverdickung? – Lungenrundherde? – Infiltrate? 4 Pleura: – Pneumothorax? Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen? 4 Frische/ältere Frakturen der BWS/Rippen/ Sternum? 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen? 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina?
88
Kapitel 10 · Thorax
. Abb. 10.3 Anfertigung sagittaler Rekonstruktionen der BWS aus dem axialen Rohdatensatz. Bei diesem Patienten zeigen sich multiple Metastasen eines Prostatakarzinoms
10
Weiterführende Literatur
Praxistipp
10.8
Benutzen Sie sagittale Rekonstruktionen der BWS im Knochenfenster zur besseren Orientierung und schnelleren Überblicksbeurteilung anstatt der axialen Schichten (. Abb. 10.3). Bei vielen CT-Systemen kann die sagittale Rekonstruktion schnell und einfach direkt aus dem Rohdatensatz angefertigt werden.
Alkadhi H, Russi EW (2009) [Imaging of the chest]. Ther Umsch Jan 66(1): 18–24 Genereux PG, Howie JL (1984) Normal mediastinal lymph node size and number: CT and anatomic study. AJR 142: 1095–1100 MacMahon H, Austin JH, Gamsu G, Herold CJ, Jett JR, Naidich DP, Patz EF Jr, Swensen SJ; Fleischner Society (2005) Guidelines for management of small pulmonary nodules detected on CT scans: a statement from the Fleischner Society. Radiology 237(2): 395–400 Zompatori M, Sverzellati N, Poletti V, Bnà C, Ormitti F, Spaggiari E, Maffei E (2005) High-resolution CT in diagnosis of diffuse infiltrative lung disease. Semin Ultrasound CT MR 26(5): 332–347
11
Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
11.1 Einleitung
– 90
11.2 Untersuchungsmodi
– 90
11.3 Patientenvorbereitung und -lagerung 11.4 Protokolle
– 90
– 90
11.5 Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche – 90 11.5.1 11.5.2 11.5.3 11.5.4 11.5.5
Leber – 90 Milz – 95 Pankreas – 96 Nebennieren – 96 Gastrointestinaltrakt
– 98
11.6 Weiterführende Literatur
– 100
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_11, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
90
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
11.1
Einleitung
In der CT des Abdomens werden mehrere Organgruppen in einer Akquisition abgebildet, welche ein unterschiedliches Kontrastmittelverhalten zeigen. Für die meisten Fragestellungen (z. B. Tumorstaging, CT-Abklärung bei unklarem Abdomen) genügt eine einzelne Akquisition in einer portalvenösen Kontrastmittelphase. Für eine speziellere Diagnostik einzelner Organbereiche sind jedoch gezielte Untersuchungsprotokolle notwendig, welche das spezifische Kontrastmittelverhalten einzelner Organe berücksichtigen. In diesem Kapitel werden die Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und der Gastrointestinaltrakt behandelt. Das nachfolgende 7 Kap. 12 behandelt die Nieren.
11.2
Untersuchungsmodi
Zur Untersuchung des Abdomens mit der CT stehen verschiedene Modi zur Verfügung (. Tab. 11.1).
11
> Aufgrund der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Untersuchungsprotokolle und dem spezifischen Kontrastmittelverhalten der einzelnen Organgruppen ist bei der Abdomen-CT eine möglichst exakte Fragestellung durch den zuweisenden klinischen Kollegen notwendig.
11.3
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 11.2 zusammengefasst.
11.4
Protokolle
Die Wahl des geeigneten CT-Untersuchungsprotokolls ist abhängig von der vermuteten Pathologie und des vermutlich betroffenen Organsystems (. Tab. 11.1, . Tab. 11.3). Die Gabe von oralem KM ist grundsätzlich zu empfehlen (7 Kap. 6). Ausnahmen stellen der Nachweis einer gastrointestinalen
Blutung, einer Mesenterialischämie und die fokussierte Beurteilung des Pankreas dar. Die Gabe von intravenösem KM ist in der Regel notwendig, um Läsionen bzw. Entzündungen nachweisen zu können. Die CT-Abdomen wird bei tiefer Inspirationslage des Patienten durchgeführt.
11.5
Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
11.5.1
Leber
Das besondere Kontrastmittelverhalten der Leber entsteht durch die duale Gefäßversorgung. Unter normalen Bedingungen entfallen etwa 15 % des Blutflusses der Leber auf die arterielle Versorgung, während etwa 85 % des Blutes dem portalvenösen Kreislauf entstammt. jCharakteristika der einzelnen Kontrastmittelphasen der Leber Native Akquisition (. Abb. 11.1) Der Nativscan der
Leber ist geeignet für den Nachweis von Blutungen und Verkalkungen. 4 In der Regel ist der Nativscan Bestandteil eines multiphasischen Untersuchungsprotokolls der Leber. 4 Vaskularisierte Leberläsionen wie auch Karzinoide können evtl. im Nativscan am besten abgegrenzt werden. Praxistipp
Im Nativscan kann eine grobe Abschätzung des Ausmaßes einer Lebersteatose erfolgen (. Abb. 11.2). Bei einer Leber mit normalem Fettgehalt sind die Lebergefäße im Nativscan hypodens zum Leberparenchym. Bei leichtgradiger Lebersteatose (10–20 % Fettgehalt) sind die Lebergefäße isodens zum Leberparenchym. Bei höhergradiger Lebersteatose (> 20 % Fettgehalt) sind die Lebergefäße hyperdens zum Leberparenchym.
Arterielle Kontrastmittelphase (. Abb. 11.1)
4 Man unterscheidet eine früharterielle von einer spätarteriellen Kontrastmittelphase: In der früh-
91 11.5 · Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
11
. Tab. 11.1 Übersicht über die verschiedenen Untersuchungsmodi der CT-Abdomen Untersuchungsmodus
Kommentar
Indikationen
CT-Abdomen Standard
CT-Untersuchung des Abdomens mit Applikation von oralem und intravenösem Kontrastmittel in einer portalvenösen Kontrastmittelphase, bei das Kolon betreffenden Fragestellungen (z. B. Anastomoseninsuffizienz) ist zusätzlich eine rektale Kontrastmittelapplikation zu empfehlen
4 Standarduntersuchung des Abdomens 4 Tumorstaging 4 Infektfokussuche 4 Abdominalschmerzen
CT-Leber
CT-Untersuchung des Abdomens mit Applikation von intravenösem Kontrastmittel und je nach Fragestellung Akquisition in einer nativen, arteriellen, portalvenösen und/oder späten Kontrastmittelphase (7 Abschn. 11.6.1)
4 Abklärung Leberläsion 4 Nachkontrolle nach Therapie einer Leberläsion (z. B. nach Radiofrequenzablation)
CT-Pankreas
CT-Untersuchung des Abdomens mit Applikation von intravenösem Kontrastmittel und je nach Fragestellung Akquisition in einer nativen, arteriellen und/oder parenchymatösen Kontrastmittelphase (7 Abschn. 11.6.3)
4 Pankreatitis 4 Pankreastumor
CT-Nebenniere
CT-Untersuchung des Abdomens mit Applikation von intravenösem Kontrastmittel und Akquisition in einer nativen, arteriellen und späten Kontrastmittelphase (7 Abschn. 11.6.4)
4 Abklärung Nebennierenläsion (Differenzierung Adenom/ Malignom)
CT-Niere/ Harnwege
CT-Untersuchung des Abdomens mit oder ohne Applikation von intravenösem Kontrastmittel und je nach Fragestellung Akquisition in einer nativen, arteriellen, nephrographischen und/oder urographischen Kontrastmittelphase
7 Kap. 12
CT-Abdomen bei Blutung/ Ischämie
CT-Untersuchung des Abdomens ohne enterales Kontrastmittel, jedoch mit Gabe von intravenösem Kontrastmittel und Akquisition einer nativen, arteriellen und venösen Kontrastmittelphase (7 Abschn. 11.5.5)
4 Mesenterialischämie 4 Gastrointestinale Blutung
. Tab. 11.2 Untersuchungsprotokolle (allgemein) Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang (z. B. rosa Venflon®, 20 G) bei Abdomen-CT mit KM. Bei benötigten arteriellen Kontrastmittelphasen großlumigeren Venenzugang wählen (z. B. grüne Venflon®, 18 G) 4 Orales, jodhaltiges KM bzw. Bariumlösung (~ 1 000 ml) je nach Fragestellung und Untersuchungsbereich (7 Kap. 6) 4 Rektales, jodhaltiges Kontrastmittel (~ 200 ml) je nach Fragestellung und Untersuchungsbereich
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen
Untersuchungsbereich
4 Abdomen Standard: Oberhalb Zwerchfell bis unterhalb Becken (Trochanter minor) 4 Spezielle Kontrastmittelphasen je nach Fragestellung und Untersuchungsbereich (. Tab. 11.1)
92
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
. Tab. 11.3 Untersuchungsprotokolle Protokoll
Röhrenspannung (kV)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Kontrastmittelapplikation
Kontrastmittelphasen
Rekonstruktionen
Abdomen Standard (aNiedrigdosis-CT)
120 (100)
200 (150)
120 ml à 2,5 ml/s
Portalvenös (70 s p.i.)
Weichteile Lunge LWS sagittal
Abdomen Leber (aNiedrigdosis-CT)
120 (100)
120 (80)
100 (100) 120 (100)
120 ml à 3,5 ml/s
Nativ
Weichteile
220 (160)
Arteriell (Bolustracking, 120 HE, 10 s delay)
Weichteile
200 (150)
Portalvenös (70 s p.i.)
Weichteile Lunge LWS sagittal
Abdomen Pankreas (aNiedrigdosis-CT)
100 (100)
200 (150)
Spätphase (150 s p.i.)
Weichteile
120 (100)
200 (150)
Nativ
Weichteile
120 (100)
200 (150)
Arteriell (Bolustracking, 120 HE, 15 s Delay)
Weichteile
120 (100)
200 (150)
Portalvenös (70 s p.i.)
Weichteile
120 ml à 2,5 ml/s
11
Lunge LWS sagittal
Abdomen Nebenniere (aNiedrigdosis-CT)
120 (100)
200 (150)
120 (100)
200 (150)
120 ml à 3,5 ml/s
Nativ
Weichteile
Portalvenös (60 s p.i.)
Weichteile Lunge LWS sagittal
Abdomen Blutung/ Ischämie (aNiedrigdosis-CT)
120 (100)
200 (150)
Spätphase (15 min p.i.)
Weichteile
120 (100)
200 (150)
Nativ
Weichteile
100 (100)
220 (160)
Arteriell (Bolustracking, 120 HE, 6 s Delay)
Weichteile
120 (100)
200 (150)
Venös (90 s p.i.)
Weichteile
120 ml à 2,5 ml/s
Lunge LWS sagittal
a
Niedrigdosis-CT-Protokolle sollten in Erwägung gezogen werden bei jungen Patienten (< 40 Jahre), normalgewichtigen Patienten (Body-Mass-Index < 25 kg/m2), kurzem Verlaufsintervall
93 11.5 · Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
Schichtdicke/Inkrement (mm)
Rekonstruktionsfilter
Fenster: Width/ Center
Fragestellungen
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Hart
1 300/-600
2/2
Hart
2 000/500
4 4 4 4
2/1,5
Weich
400/40
1/0,7
Weich
700/200
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Hart
1 300/-600
2/2
Hart
2 000/500
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Hart
1300/-600
2/2
Hart
2000/500
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Hart
1 300/-600
2/2
Hart
2 000/500
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Weich
400/40
2/1,5
Hart
1 300/-600
2/2
Hart
2 000/500
Standarduntersuchung des Abdomens Tumorstaging Infektfokussuche Abdominalschmerzen
4 Abklärung Leberläsion 4 Nachkontrolle nach Therapie einer Leberläsion (z. B. nach Radiofrequenzablation)
4 Pankreatitis 4 Pankreastumor
Abklärung Nebennierenläsion (Differenzierung Adenom/Malignom)
4 Mesenterialischämie 4 Gastrointestinale Blutung
11
94
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
. Abb. 11.1 CT-Abklärung der Leber mit einer nativen, arteriellen und portalvenösen Akquisition. Die Leberläsion in
Segment II entspricht aufgrund ihres Kontrastmittelverhaltens einer Leberzyste
11
. Abb. 11.2 Erscheinungsbild der Lebergefäße zum Leberparenchym bei einer Leber mit normalem Fettgehalt, bei leichter Lebersteatose und bei schwerer Lebersteatose
arteriellen Kontrastmittelphase (etwa 25–30 s p.i.) sind lediglich die Leberarterien kontrastiert; die eigentliche Tumorkontrastierung hypervaskularisierter Läsionen erfolgt überwiegend erst in der spätarteriellen Kontrastmittelphase (etwa 30–40 s p.i.). 4 Die früharterielle Kontrastmittelphase kann sinnvoll sein, um eine maximale Kontrastierung der Leberarterien in der präoperativen Abklärung vor Leberoperationen/-transplantationen zu erreichen. 4 Für die Diagnostik hypervaskularisierter Tumoren ist die spätarterielle Kontrastierung zu empfehlen.
Praxistipp
Da die eigentliche arterielle Kontrastmittelphase der Leber sehr kurz und interindividuell sehr unterschiedlich ist, sollte für eine optimale Kontrastierung kein fixer Start der Datenakquisition nach Kontrastmittelinjektion erfolgen. Besser geeignet ist eine individuelle Anpassung mittels Testbolus- oder Bolustrackingtechnik.
Portalvenöse Kontrastmittelphase (. Abb. 11.1)
4 Die portalvenöse Phase findet etwa 50–90 s nach Kontrastmittelinjektion statt und ist die Standardphase für die Leberparenchymbeurteilung.
11
95 11.5 · Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
4 Hypodense Läsionen in der portalvenösen Kontrastmittelphase sind – abgesehen von scharf begrenzten Läsionen mit wasseräquivalenter CT-Dichte (Leberzysten) – als potenziell maligne anzusehen. 4 Heterogen kontrastierte Läsionen sind – mit Ausnahme von Leberhämangiomen – primär malignomsuspekt. Praxistipp
Postprandial ist der Blutfluss des Gastrointestinaltrakts verstärkt. Dadurch ist auch der portalvenöse Blutfluss erhöht und die portalvenöse Kontrastierung kräftiger als bei nüchternen Patienten.
Späte Kontrastmittelphase (Äquilibriumphase) Etwa
2–5 min nach Kontrastmittelinjektion kommt es zum Verschwinden der Kontrastierungsdifferenzen der einzelnen Gefäßterritorien (interstitielles Äquilibrium). jWelche Kontrastmittelphase für welche Indikation?
In Abhängigkeit von der Fragestellung werden die einzelnen Kontrastmittelphasen akquiriert (. Tab. 11.4).
11.5.2
Milz
In der Regel ist die Sonographie die primäre bildgebende Modalität zur Darstellung der Milz, während
die CT einer Abklärung unklarer sonographischer Befunde vorbehalten ist. jKontrastmittelphasen der Milz
Die portalvenöse Kontrastmittelphase ist optimal zur Darstellung von Milzläsionen. Praxistipp
Zu beachten ist das typische streifige Kontrastmittelverhalten der Milz in der arteriellen Kontrastmittelphase (sog. Tigerung der Milz, . Abb. 11.3), welche durch die unterschiedliche Perfusion von weißer und roter Pulpa bedingt ist. In seltenen Fällen kann dies eine fokale Läsion vortäuschen (sog. Pseudoläsion der Milz), welche in der portalvenösen Phase dann nicht mehr abgrenzbar ist.
jAkzessorische Milz
Fusionsstörungen in der Milzentwicklung führen in 10–30 % der Bevölkerung zu der Bildung multipler Milzanlagen. Zu unterscheiden sind: 4 Nebenmilz 5 Akzessorische Milzanlage in unmittelbarer Nachbarschaft zur Milz (Hilus, Lig. gastrosplenicum) 5 Meist klein (< 1 cm), glatte runde Kontur 4 Polysplenie 5 Mehrere isolierte Parenchymsegmente in der Milzloge
. Tab. 11.4 Empfehlungen für die einzelnen Kontrastmittelphasen in Abhängigkeit von der klinischen Fragestellung Indikation
Nativ
Arteriell
Portalvenös
Spätphase
Unklare Leberläsion
+
+
+
(+)
Verdacht auf hepatozelluläres Karzinom
+
+
+
+
Verdacht auf cholangiozelluläres Karzinom
+
–
+
+
Suche nach hypovaskularisierten Metastasen
–
–
+
–
Suche nach hypervaskularisierten Metastasen
–
+
+
–
Abklärung vor/nach Lebertransplantation
+
+
+
(+)
Trauma
+
(+)
+
–
+ = immer durchführen, (+) = bei spezieller Fragestellung durchführen, – = nicht empfohlen
96
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
morrhagischer Pankreatitis) und von Verkalkungen (z. B. bei chronischer Pankreatitis). 4 In der Regel ist der Nativscan Bestandteil einer Pankreasbeurteilung mit einem multiphasischen Kontrastmittelprotokoll. Arterielle Kontrastmittelphase (. Abb. 11.4b)
4 Die arterielle Kontrastmittelphase findet etwa 20–40 s nach Kontrastmittelinjektion statt. 4 Hypervaskularisierte Läsionen (z. B. neuroendokrine Tumoren) lassen sich in der arteriellen Kontrastmittelphase am besten abgrenzen. Portalvenöse Kontrastmittelphase (. Abb. 11.4c) . Abb. 11.3 Tigerung der Milz in der arteriellen Kontrastmittelphase
5 Meist im Rahmen anderer Fehlbildungen (z. B. Heterotaxiesyndrome) 4 Splenose 4 Sekundäre Versprengung von Milzgewebe im Abdominal- und Thoraxraum nach Trauma
11
Praxistipp
1. In der nativen Akquisition kann eine Nebenmilz einen pathologisch vergrößerten Lymphknoten vortäuschen. 2. Akzessorisches Milzgewebe ist in der kontrastmittelverstärkten CT an der glatten runden Kontur, der oft typischen Lage perisplenisch und dem milzäquivalenten Kontrastmittelverhalten zu erkennen.
11.5.3
Pankreas
Das Pankreas besitzt eine interindividuell unterschiedliche CT-Dichte. Mit dem Alter verringert sich die Größe des Pankreas, während der Fettgehalt üblicherweise zunimmt. jCharakteristika der einzelnen Kontrastmittelphasen der Pankreas Native Akquisition (. Abb. 11.4a)
4 Der Nativscan des Pankreas ist geeignet für den Nachweis von Blutungen (z. B. bei akuter hä-
4 Die Kontrastierung des Pankreasparenchyms erfolgt zeitlich analog zu der Leber etwa 50–80 s p.i. 4 In der portalvenösen Phase, welche üblicherweise das gesamte Abdomen beinhaltet, lassen sich eine venöse Tumorinfiltration/-thrombose und hypovaskularisierte Lebermetastasen sowie Lymphknotenmetastasen abgrenzen. jWelche Kontrastmittelphase für welche Indikation?
In Abhängigkeit von der Fragestellung an die CTDiagnostik werden die einzelnen Kontrastmittelphasen akquiriert (. Tab. 11.5). Praxistipp
Bei der Pankreasdiagnostik ist es sinnvoll, den Patienten Wasser anstatt positives Kontrastmittel trinken zu lassen, um die Überlagerung von kontrastierten Darmstrukturen zu vermeiden, Konkremente im Ductus hepatocholedochus nicht zu maskieren und um die Diagnostik von Duodenalund Magenwandinfiltration zu verbessern.
11.5.4
Nebennieren
jAbklärung inzidenzieller Nebennnierenläsionen
Asymptomatische, zufällig entdeckte adrenale Raumforderungen von mehr als 1 cm Größe werden als Inzidentalome bezeichnet. Sie kommen mit einer Häufigkeit von 1–4 % bei CT-Untersuchungen
97 11.5 · Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
a
b
11
c
. Abb. 11.4 CT-Abklärung einer Raumforderung im Pankreaskorpus in der nativen (a), arteriellen (b) und portalvenösen (c) Akquisition
jDiagnostisches Vorgehen
des Abdomens vor. Der befundende Radiologe steht vor der Entscheidung, welchen Krankheitswert die zufällig gefundene Raumforderung der Nebenniere für den Patienten hat. Die CT-Beurteilung erfolgt anhand der Größe der Läsion, ihrer CT-Dichte im Nativscan und ihrem Kontrastmittelverhalten (. Tab. 11.6). Bezüglich des Kontrastmittelverhaltens werden der relative und der absolute Washout berechnet (. Abb. 11.5).
4 Wird ein adrenales Inzidentalom im Nativscan entdeckt und ist die Größe < 3 cm und die CTDichte < 10 HE, so ist der Befund mit hoher Wahrscheinlichkeit benigne. 4 Ist die native CT-Dichte > 10 HE, sollte eine kontrastmittelverstärkte CT in einer portalvenösen und einer Spätphase (15 min p.i.) durchgeführt werden. Durch Berechnung des rela-
. Tab. 11.5 Empfehlungen für die einzelnen Kontrastmittelphasen in Abhängigkeit von der klinischen Fragestellung Indikation
Nativ
Arteriell
Portalvenös
Abklärung Pankreasläsion
+
+
+
Akute Pankreatitis
+
+
+
Chronische Pankreatitis
+
–
+
Trauma
–
(+)
+
+ = immer durchführen, (+) = bei spezieller Fragestellung durchführen, – = nicht empfohlen
. Tab. 11.6 CT-Kriterien für die Unterscheidung von benignen und malignen Nebennierenprozessen Kriterium
Eher benigne
Eher maligne
Größe
< 3 cm
> 5 cm
CT-Dichte im Nativscan
< -10 HE: Myelolipom ≤ 10 HE: Adenom
> 10 HE: Adenom, Karzinom, Metastase, Lymphom
Kontrastmittelverhalten
–
–
Relatives Washout
≥ 40 %: Adenom
< 40 %: Karzinom, Lymphom, Metastase
Absolutes Washout
≥ 60 %: Adenom
< 60 %: Karzinom, Lymphom, Metastase
CT-Dichte 15 min p.i.
< 30 HE: Adenom
≥ 30 HE: Karzinom, Lymphom, Metastase
98
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
nen Läsion ausgegangen werden. Bei onkologischen Patienten empfiehlt sich dagegen eine Verlaufskontrolle des Befunds bzw. eine bioptische Diagnosesicherung. 4 Läsionen mit einer Größe von > 5 cm und inhomogenem Kontrastmittelverhalten müssen dagegen primär als maligne angesehen werden und bedürfen einer bioptischen Abklärung.
11.5.5 . Abb. 11.5 Formeln zur Berechnung des relativen und des absoluten Washouts bei Nebennierenläsionen
11
tiven und absoluten Washouts (. Abb. 11.6) kann dann mit hoher diagnostischer Genauigkeit ein Adenom von malignen Prozessen abgegrenzt werden. 4 Sollte das Inzidentalom bei einer kontrastmittelverstärkten Abdomen-CT entdeckt werden, sollte eine Spätphase nach 15 min akquiriert werden. Zeigt der Herd ein relatives Washout von mehr als 40 % nach 15 min, so kann bei nichtonkologischen Patienten von einer benig-
. Abb. 11.6 Beispiel zur CT-Abklärung eines Inzidentaloms der Nebenniere bei einem nichtonkologischen Patienten. Aufgrund des absoluten Washouts von > 60 % und des rela-
Gastrointestinaltrakt
Eine gezielte CT-Untersuchung des Gastrointestinaltrakts benötigt eine optimale Vorbereitung. Einige Spezialprotokolle (Hydro-CT des Magens, CTEnteroklysma, virtuelle Kolonoskopie) stehen hierzu zur Verfügung. Ösophagus Die CT-Untersuchung des Ösophagus ist Teil einer Thorax-CT (7 Kap. 10). Je nach Loka-
lisation des pathologischen Befunds ist ggf. eine Erweiterung des Scanbereichs in den Hals oder Oberbauch notwendig. Für die intravenöse Kontrastmittelapplikation wird üblicherweise eine arteriovenöse Kontrastmittelphase (40 s p.i.) verwendet.
tiven Washouts von > 40 % ist der Befund am ehesten vereinbar mit einem Nebennierenadenom
99 11.5 · Besonderheiten der CT-Untersuchung einzelner Organbereiche
Magen Für die gezielte Untersuchung von Prozes-
sen der Darmwand sollte ein Hydro-CT-Protokoll verwendet werden. Hierbei darf der Patient für 12 h vor der Untersuchung keine feste Nahrung zu sich nehmen und für 6 h vor der CT-Untersuchung nichts trinken, da Speisereste die Beurteilung der Magenwand erschweren können. Bei der Hydro-CT wird der Magen dann durch ein negatives Kontrastmittel (Wasser, Mannitol, Methylzellulose) aufgefüllt. Hierfür muss der Patient vor der Untersuchung 500–1 000 ml und direkt auf dem Untersuchungstisch weitere 250 ml eines negativen oralen Kontrastmittels trinken. Zur maximalen Aufweitung des Magens kann ein Spasmolytikum wie Buscopan® verabreicht werden. Praxistipp
Für die gezielte Darstellung von Prozessen im Magenkorpus und im Antrum ist die Bauchlage am besten geeignet, während der Pylorus und der Bulbus duodeni besser in der Rechtsseitenlage und die Kardia besser in der Linksseitenlage dargestellt werden.
Bei intravenöser Kontrastmittelapplikation wird meist ein portalvenöses Untersuchungsprotokoll verwendet, da Magenkarzinome häufig in die Leber metastasieren und hypovaskularisierte Metastasen bilden. Dünndarm Bei der Abdomenstandarduntersu-
chung ist der Dünndarm üblicherweise ausreichend durch die vorherige Gabe von 1 000 ml oralen Kontrastmittels über 60 min abgebildet. Für eine gezielte Untersuchung des Dünndarms bietet sich das sog. CT-Enteroklysma an. Vor der Untersuchung darf der Patient 12 h nichts essen, sollte aber zur Darmreinigung viel trinken. Ziel dieser Untersuchungstechnik ist es, eine ausreichende Darmdistension zu erreichen. Hierfür wird unter fluoroskopischer Kontrolle ein nasojejunaler Katheter am duodenojejunalen Übergang platziert und 2 000 ml Kontrastmittel über ein automatisches Injektionssystem mit hohem Fluss (100–150 ml/min) appliziert. Die jejunale Kontrastmittelinjektion wird bis zum Ende der CT-Untersuchung fortgeführt.
11
Praxistipp
Negatives Kontrastmittel (z. B. Methylcellulose) ist für die meisten Fragestellungen bei Dünndarmpathologien zu empfehlen, da es eine gute Beurteilung der Dünndarmwand nach intravenöser Kontrastmittelapplikation erlaubt. Stenosen und Fisteln lassen sich dagegen besser mit positivem Kontrastmittel nachweisen.
Bei intravenöser Kontrastmittelapplikation wird meist ein portalvenöses Untersuchungsprotokoll verwendet. Bei Verdacht auf hypervaskularisierte Dünndarmtumoren (z. B. Karzinoid) oder bei entzündlichen Darmerkrankungen (z. B. Morbus Crohn) ist dagegen eine spätarterielle Kontrastmittelphase besser geeignet. Dickdarm Die Dickdarmbeurteilung erfolgt in
der Regel im Rahmen einer CT-Standarduntersuchung des Abdomens. Bei gezielten Fragestellungen nach Dickdarmpathologien (z. B. Kolonkarzinom, Divertikulitis) empfiehlt es sich, zusätzlich 200 ml Kontrastmittel rektal zu instillieren. Die virtuelle Kolonoskopie ist eine Spezialuntersuchung des Dickdarms und wird in 7 Kap. 20 besprochen. Praxistipp
Bei der Frage nach mesenterialer Ischämie oder gastrointestinaler Blutung sollte auf positives orales/rektales Kontrastmittel verzichtet werden, da ansonsten die Befundung erschwert ist. Bei mesenterialer Ischämie zeigen sich die Veränderungen überwiegend in der Darmwand und der Submukosa. Bei gastrointestinalen Blutungen würde durch das positive Kontrastmittel das Intraluminat des intravenös applizierten Kontrastmittels maskiert werden. Für beide Fragestellungen bietet sich ein Protokoll mit nativer, arterieller und venöser Kontrastmittelphase an (. Tab. 11.3).
100
Kapitel 11 · Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren und Gastrointestinaltrakt
11.6
Weiterführende Literatur
Aschoff AJ (2006) MDCT of the abdomen. Eur Radiol Nov 16(Suppl 7): M54–7 Leschka S, Alkadhi H, Wildermuth S, Marincek B (2005) Multidetector computed tomography of acute abdomen. Eur Radiol 15(12): 2435–2447 Stoker J, van Randen A, Laméris W, Boermeester MA (2009) Imaging patients with acute abdominal pain. Radiology 253(1): 31–46 Wildermuth S, Leschka S, Alkadhi H, Marincek B (2005) Multislice CT in the pre- and postinterventional evaluation of mesenteric perfusion. Eur Radiol 15(6): 1203–1210
11
12
Nieren Sebastian Leschka und Nicola Glaser-Gallion
12.1 Einleitung
– 102
12.2 Indikationen
– 102
12.3 Kontrastmittelphasen bei der CT des Urogenitaltrakts 12.3.1 Charakteristika der einzelnen Kontrastmittelphasen des Urogenitaltrakts – 102 12.3.2 Welche Kontrastmittelphase für welche Indikation? – 104 12.3.3 Kombinierte Kontrastmittelphasen – 104
12.4 Patientenvorbereitung und -lagerung 12.5 Protokolle
– 104
– 105
12.6 Systematische Bildanalyse 12.7 Weiterführende Literatur
– 105 – 107
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_12, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 102
102
Kapitel 12 · Nieren
12.1
Einleitung
Aufgrund des charakteristischen Kontrastmittelverhaltens der Nieren und der exzellenten Genauigkeit im Nachweis auch kleiner Nierensteine ist die CT hervorragend geeignet zur Abklärung des Urogenitaltrakts. Die primäre Diagnostik zur Beurteilung der Nieren ist üblicherweise die Sonographie. Für die Diagnostik der ableitenden Harnwege wurde früher in der Regel eine konventionelle Urographie nach Applikation von intravenösem Kontrastmittel (sog. i.v.-Urographie, IVU) durchgeführt. Die IVU ist heutzutage nahezu vollständig durch die CTAusscheidungsurographie ersetzt worden. Das aktuelle Kapitel bespricht die CT der Nieren und ableitenden Harnwege, während die CT der Nebennieren in 7 Kap. 11 abgehandelt wird.
12.2
Indikationen
Typische Indikationen für die CT-Diagnostik des Urogenitaltrakts sind in . Tab. 12.1 zusammengefasst.
12.3
12
Kontrastmittelphasen bei der CT des Urogenitaltrakts
Das besondere Kontrastmittelverhalten der Nieren entsteht durch die starke Durchblutung der Nierenrinde und der nachfolgenden Exkretion des Kontrastmittels über die Sammelrohre des Nierenmarks in die ableitenden Harnwege. Die native Akquisition ist die Methode der Wahl zur Abklärung einer Nierenkolik und kann selbst kleinste Konkremente unabhängig von ihrem Kalziumgehalt nachweisen (. Abb. 12.1a). > Selbst nichtverkalkte Uratsteine lassen sich mit einer nativen CT-Akquisition sicher erkennen, da Uratsteine noch dichter sind als das umgebende Gewebe. Vorsicht ist jedoch geboten bei Patienten mit HIV. Die bei der HIV-Therapie häufig verwendeten Protease-Inhibitoren (z. B. Indinavir) können nichtverkalkte Nierensteine verursachen, welche aus den Metaboliten dieser Medikamente bestehen. Die CT-Dichte die6
ser Steine ist sehr gering. Daher lassen sich diese Steine mit ausreichender diagnostischer Sicherheit nur durch eine ergänzende CT-Urographie diagnostizieren.
12.3.1
Charakteristika der einzelnen Kontrastmittelphasen des Urogenitaltrakts
Kortikomedulläre Kontrastmittelphase (vaskuläre Phase, . Abb. 12.1b):
4 Die Nierenarterien kontrastieren sich unmittelbar nach der Aorta (etwa 20–25 s nach Kontrastmittelinjektionsbeginn). 4 Die Nierenvenen kontrastieren sich aufgrund der guten Durchblutung der Niere bereits etwa 5–15 s nach Anflutung des Kontrastmittels in der Aorta. 4 Die maximale Kontrastrierung der Nierenrinde wird etwa 30–50 s nach Injektionsbeginn erreicht. Nephrographische Kontrastmittelphase (nephrographische Phase, . Abb. 12.1c):
4 Nach der kortikomedullären Phase erfolgt ein Dichteausgleich zwischen Nierenrinde und -mark. 4 Die nephrographische Phase beginnt etwa 80 s nach Injektionsbeginn und dauert wenige Minuten an. 4 Die nephrographische Phase geht in die urographische Phase über. Urographische Kontrastmittelphase (Ausscheidungsphase, CT-Urogramm, . Abb. 12.1d):
4 Die Kontrastierung des Nierenbeckenkelchsystems beginnt etwa 3–5 min nach Kontrastmittelinjektionsbeginn und hält meist bis 30 min p.i. an. Praxistipp
Bei akuter oder chronischer Obstruktion kann die Ausscheidungsphase deutlich verzögert sein. Daher ist es hilfreich, die CT-Akquisition für die urographische Phase bei gestauten ableitenden Harnwegen später durchzuführen (z. B. 20 min nach Injektionsbeginn).
103 12.3 · Kontrastmittelphasen bei der CT des Urogenitaltrakts
a
b
c
d
. Abb. 12.1 Kontrastmittelphasen bei der CT des Urogenitaltrakts. a native Akquisition, b kortikomedulläre Kontrastmittel-
12
phase (30 s p.i.), c nephrographische Kontrastmittelphase (100 s p.i.), d urographische Kontrastmittelphase (5–10 min p.i.)
. Tab. 12.1 Übersicht über typische Indikationen zur CT-Diagnostik des Urogenitaltrakts Indikation
Kommentar
Nierenkolik, Vd. a. Nierensteine
CT-Untersuchung des Abdomens ohne Applikation von intravenösem Kontrastmittel oder Akquisition eines zusätzlichen CT-Ausscheidungsurogramms, heutzutage Ersatz für die IVU
Entzündliche Veränderungen
Abklärung bei komplizierter Pyelonephritis, Abklärung einer komplizierten Harnwegsinfektion (Konkremente, Harnwegsanomalien)
Hydronephrose
Differenzierung zwischen Konkrementen, externer Kompression und Tumor der ableitenden Harnwege
Tumordiagnostik
Abklärung eines Tumors der Nieren und der ableitenden Harnwege, zusätzlich Staging dieser Tumoren
Abklärung von Nierenzysten
Nachweis und Abklärung komplizierter Nierenzysten
Trauma
Nachweis von Blutung, Kontusion/Lazeration und Nierengefäßverletzung bzw. -verschluss (7 Kap. 17)
104
Kapitel 12 · Nieren
> Durch den diuretischen Effekt des renal ausgeschiedenen intravenösen Kontrastmittels kann bei obstruktiver Nephrolithiasis eine akute Fornixruptur entstehen. Daher sollte man nach der nativen Akquisition den Nutzen mit dem Risiko einer zusätzlichen intravenösen Kontrastmittelgabe abwägen, sollte das Nierenbeckenkelchsystem in der nativen Akquisition erheblich dilatiert sein. In der Regel ist jedoch eine akute Fornixruptur von geringer klinischer Signifikanz und kann konservativ behandelt werden, wenn das obstruhierende Konkrement entfernt wird.
12.3.2
12
12.3.3
Welche Kontrastmittelphase für welche Indikation?
In Abhängigkeit von der Fragestellung an die CTDiagnostik werden die einzelnen Kontrastmittelphasen akquiriert (. Tab. 12.2). Eine native Akquisition ist immer notwendig, wenn es um den Nachweis von Konkrementen geht oder wenn ein nativer Ausgangswert zur Messung einer Kontrastmittelanreicherung in einer renalen Läsionen benötigt wird. Eine kortikomedulläre Datenakquisition wird bei der Abklärung eines Nierentumors (insbesondere bei Verdacht auf ein Nierenzellkarzinom) und beim renalen Trauma durchgeführt. Die nephrographische Phase sollte immer akquiriert werden, wenn das Nierenparenchym beurteilt werden muss. Eine urographische Phase ist notwendig, wenn die Ausscheidung der Nieren beurteilt werden soll.
Kombinierte Kontrastmittelphasen
Aufgrund der Akquisition mehrerer Phasen ist die CT des Urogenitaltrakts mit einer erhöhten Strahlenexposition für den Patienten verbunden. Eine Möglichkeit zur Reduktion der Anzahl der Datenakquisitionen besteht in der Verwendung kombinierter Kontrastmittelprotokolle, wie z. B. dem SplitbolusProtokoll. Hierbei werden vor der Untersuchung (jedoch nach einer etwaigen nativen Akquisition) 30 ml Kontrastmittel i.v. appliziert. Die nephrographische Phase wird dann nach einem Zeitintervall von 10 min durch Applikation von weiteren 70 ml Kontrastmittel i.v. 100 s nach der 2. Kontrastmittelapplikation durchgeführt (. Abb. 12.2). Dabei ist die zuerst applizierte Kontrastmittelmenge bereits in den ableitenden Harnwegen und die 2. Kontrastmittelportion in Nierenmark und -rinde. Dadurch erhält man eine nephrographische und eine urographische Phase in einer einzigen Akquisition. Auf eine separate Datenakquisition für die urographische Phase kann bei Verwendung dieses Splitbolus-Protokolls verzichtet werden.
12.4
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 12.3 zusammengefasst.
. Tab. 12.2 Empfehlungen für die einzelnen Kontrastmittelphasen in Abhängigkeit von der klinischen Fragestellung Indikation
Nativ
Kortikomedullär
Nephrographisch
Urographisch
Urolithiasis
+
–
–
(+)
Abklärung Nierentumor
+
+
+
+
Abklärung Tumor der ableitenden Harnwege
+
–
+
+
Pyelonephritis
+
–
+
+
Trauma
(+)
(+)
+
(+)
+ = immer durchführen, (+) = bei spezieller Fragestellung durchführen, – = nicht empfohlen
105 12.6 · Systematische Bildanalyse
12
. Abb. 12.2 Schema zur Kontrastmittelapplikation und Datenakquisition beim Splitbolus-Protokoll
. Tab. 12.3 Patientenvorbereitung und -lagerung Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang (z. B. rosa Venflon®, 20 G) 4 Meist kein orales Kontrastmittel notwendig, evtl. orales Kontrastmittel beim Tumorstaging renaler Tumoren
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen
Untersuchungsbereich
4 Nativ: oberhalb Nieren bis unterhalb Harnblase 4 Kortikomedulläre Phase: beide Nieren 4 Nephrographische Phase: oberhalb Zwerchfell bis unterhalb Becken (Trochanter minor) 4 Urographische Phase: oberhalb Nieren bis unterhalb Harnblase
12.5
Protokolle
. Tab. 12.4 fasst die empfohlenen Untersuchungs-
parameter für die einzelnen Fragestellungen zusammen.
12.6
Systematische Bildanalyse
Harnwege/Harnblase 4 Seitensymmetrische und zeitgerechte urographische Phase? 4 Konkremente? 4 Aufstauung der Harnwege? 4 Harnblasenwand 4 Prostata? Leber
Eine Checkliste für die systematische Beurteilung einer CT-Untersuchung des Abdomens ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben. Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Nieren 4 Seitensymmetrische und zeitgerechte nephrographische Phase? 4 Nierenläsionen? 4 Nierengefäße?
6
4 Homogenes Parenchym? Fokale Läsionen? 4 Glatt berandete Organoberfläche? Gallenblase 4 Konkremente? 4 Glatte, dünne Wand? 4 Intra-/extrahepatische Gallenwege normal weit? Milz 4 Homogenes Parenchym? Fokale Läsionen? 4 Größe normal?
6
a
120 (100)
100 (80)
120 ml à 2,5 ml/s
120 ml à 3,5 ml/s
∅
Kontrastmittelapplikation
Urographisch
Nephrographisch
Nativ
Urographisch
Nephrographisch
Kortikomedullär
Nativ
Nativ
Kontrastmittelphasen
2/2
LWS sagittal
2/2
LWS sagittal
2/2
LWS sagittal
2/1,5
2/1,5
Lunge
Weichteile
2/1,5
2/1,5
Weichteile
Weichteile
2/1,5
2/1,5
Lunge
Weichteile
2/1,5
1/0,7
Weichteile
Weichteile
2/1,5
2/1,5
Lunge
Weichteile
2/1,5
Schichtdicke/Inkrement (mm)
Weichteile
Rekonstruktionen
Weich
Hart
Hart
Weich
Weich
Weich
Hart
Hart
Weich
Weich
Weich
Hart
Hart
Weich
Rekonstruktionsfilter
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
400/40
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
700/200
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
Fenster: Width/ Center
4 Abklärung Pyelonephritis, Nierenabszess, komplizierter Harnwegsinfekt 4 Abklärung eines Tumors der ableitenden Harnwege
4 Erstabklärung eines Nierentumors 4 Abklärung eines Traumas der Nieren (bei Vd. a. Nierengefäßverletzung zusätzliche kortikomedulläre Akquisition zu empfehlen, bei Vd. a. Ruptur der ableitenden Harnwege urographische Phase zu empfehlen)
4 Abklärung bei Vd. a. Urolithiasis (evtl. bei Hydronephrose zusätzliche urographische Akquisition zu empfehlen)
Fragestellungen
Niedrigdosis-CT-Protokolle sollten in Erwägung gezogen werden bei jungen Patienten (< 40 Jahre), normalgewichtigen Patienten (Body-Mass-Index < 25 kg/m2), kurzem Verlaufsintervall
200 (120)
120 (100)
100 (80)
120 (100)
200 (120)
120 (100)
120 (80)
200 (120)
120 (100)
120 (100)
120 (80)
120 (100)
Abdomen Nierentumor (aNiedrigdosis-CT)
Abdomen Niere (aNiedrigdosis-CT)
120 (80)
120 (100)
Abdomen Urogenital nativ (aNiedrigdosis-CT)
Röhrenstrom-ZeitProdukt (mAs)
Röhrenspannung (kV)
12
Protokoll
. Tab. 12.4 Untersuchungsprotokolle
106 Kapitel 12 · Nieren
107 12.7 · Weiterführende Literatur
12.7
12
Weiterführende Literatur
Pankreas 4 Normale Größe? 4 Fokale Läsionen? Nebennieren 4 Größe normal? Magen-Darm-Trakt 4 Normal dünne Darmwand? 4 Stenosen oder Dilatationen? Retroperitoneum 4 Abdominelle Gefäße normal? 4 Lymphknotenvergrößerungen?
Lungenfenster (untere Thoraxabschnitte) 4 Lungenparenchym – Bullae? Emphysemtyp? – Narbige Veränderungen? Fibrose? – Bronchiektasen? Bronchialwandverdickung? – Lungenrundherde? – Infiltrate? Pleura 4 Pneumothorax? 4 Erguss?
Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen? 4 Frische/ältere Frakturen der LWS/Beckenskelett? 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen? 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina?
Herts BR (2002) The current status of CT urography (2002). Crit Rev Comput Tomogr 43(3): 219–241 Israel GM, Bosniak MA (2005) How I do it: evaluating renal masses. Radiology 236(2): 441–450 Leder RA, Nelson RC (2001) Three-dimensional CT of the genitourinary tract. J Endourol Feb 15(1): 37–46 Silverman SG, Israel GM, Herts BR, Richie JP (2008) Management of the incidental renal mass. Radiology 249(1): 16–31
13
CT-Angiographie Sebastian Schindera und Zsolt Szücs-Farkas
13.1 Einleitung
– 110
13.2 Untersuchungsphasen 13.3 Indikationen
– 110
– 110
13.4 Patientenvorbereitung und -lagerung 13.5 Protokolle
– 110
– 110
13.6 Spezielle CTA-Untersuchungen 13.7 Systematische Bildanalyse 13.8 Weiterführende Literatur
– 113
– 115 – 115
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_13, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
110
Kapitel 13 · CT-Angiographie
13.1
Einleitung
Die hohe diagnostische Aussagekraft der CT-Angiographie (CTA) und die schnelle, nichtinvasive Durchführbarkeit sind die Hauptursachen dafür, dass in den vergangenen Jahren die konventionelle Angiographie als rein diagnostisches Verfahren nahezu vollständig durch die CTA abgelöst wurde. Heutzutage wird die CTA regelmäßig zur Diagnostik sowie Therapie- und Verlaufskontrolle von unterschiedlichen Pathologien des arteriellen Systems eingesetzt. Mittels optimierter CT-Protokolle sollten die Nachteile der CTA, die Strahlenexposition und der Einsatz jodhaltiger Kontrastmittel minimiert werden.
ren Abgrenzung gegenüber Endoleckagen durchgeführt werden. In den folgenden Nachkontrollen kann auf eine native Phase verzichtet werden. 4 Eine venöse/spätvenöse Phase eignet sich zur Beurteilung von Endoleckagen nach endovaskulärer aortaler Rekonstruktion, von Kontrastmittel-Extravasaten bei Aortenruptur oder Aortenprothesen, von einer späten Füllung eines falschen Lumens bei einer Aortendissektion oder von entzündlichen Gefäßveränderungen.
13.4 13.2
Untersuchungsphasen
Vor der Durchführung einer CTA muss sich der Radiologe abhängig von der klinischen Fragestellung entscheiden, ob neben der Akquisition der arteriellen Phase eine weitere Untersuchungsphase notwendig ist (. Tab. 13.1).
13.3
13
Patientenvorbereitung und -lagerung
Indikationen
Die CTA wird zur Diagnose von akuten sowie chronischen arteriellen Gefäßpathologien eingesetzt. (. Tab. 13.2).
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit vom Untersuchungsprotokoll ist in . Tab. 13.3 zusammengefasst. > Die initiale CTA der Aorta sollte, wenn möglich, immer das gesamte aortoiliakale System abdecken, da aortale Pathologien, wie z. B. Aneurysmen oder Dissektionen, oftmals die gesamte Aorta betreffen oder auf verschiedenen anatomischen Höhen vorkommen.
13.5
Protokolle
> 4 Bei Verdacht auf ein akutes Aortensyn-
drom sollte immer eine zusätzliche native Phase zum Ausschluss eines intramuralen Hämatoms durchgeführt werden. In der nativen Phase lässt sich ein hyperdenser halbmondförmiger Randsaum in der verdickten Aortenwand abgrenzen (. Abb. 13.1). Die Strahlendosis der nativen Phase kann deutlich gesenkt werden (z. B. 100 anstatt 120 kV). 4 Eine native Phase sollte immer zum Zeitpunkt der ersten Nachkontrolle nach endovaskulärer Intervention zur Beurteilung von Verkalkungen und de6
Beim Festlegen des CT-Protokolls müssen der CTScanner, die Kontrastmittelapplikation, die Schichtkollimation und die Strahlendosis berücksichtigt werden (. Tab. 13.4). jCT-Scanner
Eine qualitativ hochwertige CTA erfordert einen CT-Scanner mit mind. 4, besser mit 16 oder mehr Zeilen, um eine schnelle Akquisition eines Volumendatensatzes aus isotropen Voxeln zu erzielen. Moderne CT-Scanner können innerhalb einer sehr kurzen Zeit eine große Scanregion mit einer hohen Ortsauflösung abdecken. Dadurch können Artefakte und Kontrastmittelvolumen reduziert werden.
111 13.5 · Protokolle
13
. Tab. 13.1 Übersicht über die verschiedenen Untersuchungsphasen für die CTA Untersuchungsphase
Kommentar
Nativ
CT-Untersuchung ohne Applikation von intravenösem Kontrastmittel
Arteriell
CT-Untersuchung mit Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bildakquisition während der arteriellen Phase mit automatischem Bolustracking
Venöse oder spätvenöse
CT-Untersuchung mit Applikation von intravenösem Kontrastmittel, Bildakquisition in der venösen Phase (> 70 s Delay) oder spätvenösen Phase (> 120 s Delay)
. Tab. 13.2 Indikationen für die CT-Angiographie Indikation
Nativ
Arterielle Phase
Venöse oder spätvenöse Phase
Arteriosklerotische Gefäßerkrankungen Aneurysma Aortenruptur Dissektion Traumatische Gefäßverletzung Kongenitale Fehlbildung
– – – – – –
X X X X X X
– – (X) (X) (X) –
Intramurales Hämatom der Aorta
X
X
–
Nach offener oder endovaskulärer Intervention
X
X
X
Entzündliche Veränderungen Arteriovenöse Fistel
– –
X X
X X
Darmischämie Gastrointestinale Blutung
(X) (X)
X X
X X
. Tab. 13.3 Untersuchungsprotokolle (allgemein)
. Abb. 13.1 Native CT des Thorax mit Darstellung des hyperdensen Wandhämatoms in der Aorta ascendens und descendens (Pfeile)
Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang (18 oder 20 G) 4 Kein orales Kontrastmittel oder negatives orales Kontrastmittel
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit angehobenen Armen
Untersuchungsbereich
4 So klein wie möglich, abgestimmt auf die klinische Fragestellung
112
Kapitel 13 · CT-Angiographie
jKontrastmittel
13
Ziel einer CTA ist, eine konstant hohe arterielle Kontrastierung (mind. 250 HE, bevorzugt 300– 350 HE) zu erhalten und dabei eine venöse Überlagerung zu vermeiden. Das Ausmaß sowie der Zeitpunkt der maximalen arteriellen Kontrastierung der CTA hängen von physiologischen und technischen Faktoren ab. Der wichtigste physiologische Faktor ist das Herzminutenvolumen, das erheblich das Ausmaß sowie den Zeitpunkt der maximalen arteriellen Kontrastierung beeinflussen kann. Patienten mit einer Herzinsuffizienz weisen oftmals eine starke arterielle Kontrastierung auf, wohingegen bei jungen Patienten infolge der raschen Verdünnung des injizierten Kontrastmittels die Kontrastierung häufig flau ist. Um ein zeitgerechtes Timing und eine homogene maximale arterielle Kontrastierung zu erreichen, kann das automatische Bolustracking verwendet werden. Beim Bolustracking wird die Kontrastmittelanflutung mittels dynamischer Lowdose-CT detektiert und die Untersuchung zum Zeitpunkt eines definierten CT-Dichtewerts (z. B. 100 HE) automatisch ausgelöst. Bei den technischen Faktoren spielen die Injektionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels (ml/s) sowie die Kontrastmittelkonzentration (Jodgehalt in mg/ml) die wichtigste Rolle. Diese beiden Parameter bilden die Jodflussrate (g Jod/s), die sich proportional zum Ausmaß der arteriellen Kontrastierung verhält. Die Jodflussrate kann durch die Injektionsgeschwindigkeit und/oder die Jodkonzentration erhöht werden. > Für die CTA werden Jodflussraten von 1,2–2,0 g Jod/s empfohlen, die mit Injektionsgeschwindigkeiten von 3–6 ml/s und Jodkonzentrationen zwischen 300 und 400 mg Jod/ml erreicht werden können. Die max. erreichbare Injektionsgeschwindigkeit ist von der Größe des peripheren Venenzugangs und der Viskosität des Kontrastmittels abhängig.
Das Kontrastmittelvolumen sollte bei der CTA wegen der Gefahr einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie so gering wie möglich gehalten werden (7 Kap. 26). Studien haben gezeigt, dass ein Kontrastmittelvolumen von 60 ml (Kontrastmittelkon-
zentration ≥ 350 mg Jod/ml) für eine thorakoabdominale CTA ausreichen kann. Für die CTA der Becken- und Beinarterien empfiehlt es sich, 100 ml zu verwenden (Kontrastmittelkonzentration mind. 350 mg Jod/ml). Die Verwendung eines Doppelkolbensystems zur Injektion von ca. 20–30 ml NaCl nach Beenden des Kontrastmittelbolus trägt dazu bei, das Ausmaß der maximalen arteriellen Kontrastierung zu erhöhen und zu verlängern. jSchichtkollimation
Bei der Wahl der Schichtkollimation sollte darauf geachtet werden, ob ein echter isotroper Datensatz (Schichtkollimation < 1,0 mm) für die Diagnostik notwendig ist oder ein nahezu isotroper Datensatz (Schichtkollimation 1,0–1,5 mm) ausreicht, da mit dünnerer Schichtkollimation die Strahlendosis und die Untersuchungsdauer steigt. Unsere klinischen Erfahrungen haben gezeigt, dass ein nahezu isotroper Datensatz mit einer Schichtkollimation von 1,5 mm für eine aortoiliakale CTA ausreicht. Für die CTA der Nierenarterien wird jedoch die Akquisition eines echten isotropen Datensatz mit einer Schichtkollimation < 1,0 mm empfohlen. Die dicken Schichten (Schichtdicke 3,0–5,0 mm), die aus den primär akquirierten dünnen Schichten rekonstruiert werden, eignen sich wegen des deutlich besseren Signal-Rausch-Verhältnisses sehr gut zur Befundung. Die dünnen Schichten sollten zur Erzeugung dicker, multiplanarer Reformationen und zur Beurteilung von unklaren Befunden verwendet werden. jStrahlendosis
Zur Senkung der Strahlendosis (7 Kap. 23) sollte immer die automatische Röhrenstromanpassung eingesetzt werden. Ferner hat sich in den letzten Jahren als eine der effektivsten Strategien zur Senkung der CT-Strahlendosis in der CTA die Verwendung von tieferen Röhrenspannungen (100 oder 80 kV) durchgesetzt. Das höhere Bildrauschen bei tieferen Röhrenspannungen wird durch die stärkere Kontrastierung der Arterien kompensiert. Bezüglich der Wahl des Röhrenstroms, abhängig vom Körperbau des Patienten und der Röhrenspannung, gibt es aktuell noch keine Richtlinien. Basierend auf klinischen und wissenschaftlichen Erfahrungen empfehlen wir, bei der aortoiliakalen CTA für adi-
113 13.6 · Spezielle CTA-Untersuchungen
13
Praxistipp
. Abb. 13.2 Thorakoabdominale CTA eines 67-jährigen Patienten mit einem Körpergewicht von 82 kg und einem BMI von 24,2 kg/m2. Die oberen CT-Bilder wurden mit einem 100-kV- und die unteren CT-Bilder mit einem 80-kV-Protokoll akquiriert. Das DLP des 100-kV-Protokolls beträgt 485 mGy × cm (geschätzte effektive Dosis 7,3 mSv) und das DLP des 80-kV-Protokolls 342 mGy × cm (geschätzte effektive Dosis 5,1 mSv). Die durchschnittliche CT-Dichte der Aorta misst 395 HE für das 100-kV- und 466 HE für das 80-kVProtokoll. Das Bildrauschen im 80-kV-Protokoll ist im Vergleich mit dem im 100-kV-Protokoll leicht erhöht
pöse Patienten (BMI > 30 kg/m2) weiterhin 120 kV, für normal und übergewichtige Patienten (BMI 25–30 kg/m2) 100 kV und für schlanke Patienten (BMI < 25 kg/m2) 80 kV zu verwenden. Für die CTA der oberen und unteren Extremität empfiehlt sich, generell eine tiefere Röhrenspannung (80 oder 100 kV) zu wählen (. Abb. 13.2). jDual-Energy- und High-Pitch-CTA
Die Einführung der Dual-Energy-Technik hat auch für die CTA einige neue Möglichkeiten erbracht. Der Einsatz von virtuellen Nativaufnahmen, die nachträglich aus den kontrastierten Bilddatensätzen errechnet werden, erlaubt es, die native Phase zu streichen. Zudem kann mit der Verwendung eines sehr hohen Pitch-Werts (sog. Flash-Mode) und einer prospektiven EKG-Triggerung die thorakoabdominale Aorta mitsamt der Koronarien mit einer sehr geringen Strahlendosis (geschätzte effektive Dosis ca. 4–5 mSv) dargestellt werden.
Adipöse Patienten benötigen wegen eines erhöhten Herzminutenvolumens und einer verstärkten Aufhärtung der Photonenenergie eine Modifikation der Kontrastmittelapplikation. Es empfiehlt sich, bei adipösen Patienten die Jodflussrate bis zu 20 % zu erhöhen. Im Gegensatz dazu kann die Jodflussrate um bis zu 20 % bei schlanken Patienten reduziert werden. Der Einsatz tieferer Röhrenspannungen (z. B. 100 oder 80 kV) in Verbindung mit der automatischen Röhrenstromanpassung zur Senkung der Strahlenexposition ist bei den einzelnen CT-Geräten unterschiedlich: Bei GEund Toshiba-Scannern sollten die Referenzwerte für die Bildqualität modifiziert werden, während bei Siemens- und Philips-Scannern die Referenzwerte von den ursprünglichen Protokollen mit höherer Röhrenspannung übernommen werden können. Beim Einsatz von tieferen Röhrenspannungen für eine CTA können langsamere Injektionsgeschwindigkeiten (3–4 ml/s) verwendet werden.
13.6
Spezielle CTA-Untersuchungen
jEKG-getriggerte Akquisition der Aorta ascendens
Die Beurteilung der Aortenwurzel und der Aorta ascendens mit der CTA ist oftmals durch Bewegungsartefakte beeinträchtigt. Um dies zu verhindern, kann die Akquisition der Aorta ascendens mittels EKG-Triggerung durchgeführt werden. Diese Technik ermöglicht es, ebenfalls die Koronararterien zu beurteilen. Der große Nachteil dieser Methode ist die höhere Strahlenbelastung im Vergleich zur nicht-EKG-gesteuerten CTA, wenn sie retrospektiv gesteuert ist. Die prospektive EKG-getriggerte CTA der Aorta ascendens hat eine nahezu gleichwertige Strahlendosis wie eine nicht-EKG-getriggerte CTA des Thorax. Alternativ bietet sich die CTA mit einem sehr hohen Pitch an (7 Abschn. 13.5, Dual-Energy- und High-Pitch-CTA).
100 (80) (120)
120
CTA (aNiedrigdosis-CT) (bAdipöse Patienten)
Venös/spätvenös
b
a
100–160 (100–160) (160)
100 (80) (120)
Nativ (aNiedrigdosis-CT) (bAdipöse Patienten)
kg/m2)
Start 70–120 s p.i.
60–100 ml à 4–6 ml/s, Bolustracking, Doppelkolbensystem mit NaCl
∅
Kontrastmittel
2/2 2/1,5
WS sagittal Lunge
2/2
WS sagittal 1/10
2/1,5
Lunge
Weichteile
2/1,5
Weichteile
2/2
WS sagittal 1/0,7
2/1,5
Lunge
Angiographie
2/1,5
Schichtdicke/ Inkrement (mm)
Weichteile
Rekonstruktionen
Niedrigdosis-CT-Protokolle sollten bei schlanken Patienten (< 25 erwogen werden Das Protokoll für adipöse Patienten sollte bei einem BMI > 30 kg/m2 erwogen werden
100–160
100–160 (100–160) (160)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Röhrenspannung (kV)
13
Protokoll
. Tab. 13.4 Untersuchungsprotokolle
Hart
Hart
Weich
Hart
Hart
Weich
Weich
Hart
Hart
Weich
Rekonstruktionsfilter
1 300/-600
2 000/500
400/40
2 000/500
1 300/-600
400/40
700/80
2 000/500
1 300/-600
400/40
Fenster: Width/Center
. Tab. 13.3
. Tab. 13.3
. Tab. 13.3
Fragestellungen
114 Kapitel 13 · CT-Angiographie
115 13.8 · Weiterführende Literatur
13
jCTA der Viszeralarterien
Die CTA zur Beurteilung der Viszeralarterien kann zum Ausschluss einer Darmischämie oder einer gastrointestinalen Blutung eingesetzt werden. Dabei empfiehlt es sich, ein negatives orales Kontrastmittel (z. B. ca. 1 l Wasser) zu applizieren, das zu einer besseren Abgrenzbarkeit der Darmwand führt (7 Kap. 11). Neben der arteriellen Phase kann zusätzlich eine native Phase zur Beurteilung von Blutungen und Verkalkungen sowie eine venöse Phase zur Beurteilung des venösen Systems und der viszeralen Organe durchgeführt werden.
13.7
Systematische Bildanalyse
Bei der Beurteilung einer CTA empfiehlt es sich, zunächst das arterielle System zu begutachten. Danach sollten alle abgebildeten extraarteriellen Strukturen (z. B. Weichteile, Lunge, Knochen) sorgfältig beurteilt werden. Bei Weichteilpathologien ist die arterielle Phase oftmals diagnostisch nicht ausreichend. Eine Checkliste zur systematischen Beurteilung einer CTA ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben. Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Arterielles System 4 Stenosen mit Graduierung 4 Aneurysma? (Größe, Ausdehnung, Thrombosierung etc.) 4 Anomalien? 4 Dissektion? ( Ausdehnung, Typ) 4 Wandbeschaffenheit (Entzündung, intramurales Hämatom etc.) 4 Kontrastmittelextravasat?
Weichteile 4 Subkutanes Fettgewebe, Mammae 4 Muskulatur 4 Abdominale Organe (z. B. Leber, Milz, Nieren) 4 Mediastinale Organe (z. B. Herz)
6
4 Zervikale Organe (z. B. Schilddrüse) 4 Lymphknoten Lungenfenster 4 Lungenparenchym 4 Pleura Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen 4 Frische/ältere Frakturen der WS/Rippen 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina
13.8
Weiterführende Literatur
Goetti R, Baumuller S, Feuchtner G, Stolzmann P, Karlo C, Alkadhi H, Leschka S (2010) High-pitch dual-source CT angiography of the thoracic and abdominal aorta: is simultaneous coronary artery assessment possible? AJR 194: 938–944 Schindera ST, Nelson RC, Howle L, Nichols E, DeLong DM, Merkle EM (2008) Effect of Varying Injection Rates of Saline Chaser on Aortic Enhancement in CT Angiography: Phantom Study. Eur Radiol 18(8): 1683–1689 Schindera ST, Graca P, Patak MA, von Allmen G, Abderhalden S, Vock P, Szucs-Farkas Z (2009) Thoracoabdominal-Aortoiliac Multidetector-Row CT Angiography at 80 and 100 kVp: Assessment of Image Quality and Radiation Dose. Invest Radiol 44: 650–655 Schindera ST, Tock I, Marin D, Nelson RC, Raupach R, Hagemeister M, von Allmen G, Vock P, Szucs-Farkas Z (2010) Effect of beam hardening on arterial enhancement in thoracoabdominal CT angiography with increasing patient size: an in vitro and in vivo study. Radiology 256(2): 528–535 Stolzmann P, Frauenfelder T, Pfammatter T, Peter N, Scheffel H, Lachat M, Schmidt B, Marincek B, Alkadhi H, Schertler T (2008) Endoleaks after endovascular abdominal aortic aneurysm repair: detection with dual-energy dual-source CT. Radiology 249: 682–691
14
CT-Pulmonalisangiographie Zsolt Szücs-Farkas und Sebastian Schindera
14.1 Einleitung
– 118
14.2 Vor- und Nachteile der CT zur Lungenemboliediagnostik 14.3 Indikationen
– 118
14.4 Patientenvorbereitung und -lagerung 14.5 CT-Protokoll
– 118
– 118
14.6 Spezielle Untersuchungstechniken – 120 14.7 Systematische Bildanalyse 14.8 Weiterführende Literatur
– 121 – 122
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_14, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 118
118
Kapitel 14 · CT-Pulmonalisangiographie
14.1
Einleitung
Die Lungenembolie (LE) ist definiert als partieller oder kompletter Verschluss einer oder mehrerer Lungenarterien, der am häufigsten durch Blutkoagel hervorgerufen wird. Der Embolus stammt in den meisten Fällen aus Thrombosen im tiefen Venensystem der unteren Extremitäten und des kleinen Beckens. In Abhängigkeit von der Anzahl und Größe der verschlossenen Gefäße kann eine akute LE entweder ohne klinische Symptome auftreten oder zu einem akuten Rechtsherzversagen führen und dann tödlich enden. Die CT-Pulmonalisangiographie (CTPA, LECT) gilt als Methode der Wahl unter den bildgebenden Modalitäten zum Ausschluss einer (akuten) LE und weist in Kombination mit dem D-DimerTiter und klinischen Scores (Wells- oder modifizierter Genfer-Score) eine hohe Sensitivität und Spezifität auf.
14.2
Vor- und Nachteile der CT zur Lungenemboliediagnostik
Vorteile
14
4 Direkte Darstellung der Füllungsdefekte, dadurch Einschätzen der Embolielast 4 Schnelle Untersuchung (reine Untersuchungszeit < 10 s) 4 Ausschluss von Differenzialdiagnosen einer LE (z. B. Aortendissektion oder -ruptur, Pneumothorax) 4 Darstellung weiterer thorakaler Nebenbefunde 4 Relativ sicherer Ausschluss eines Rechtsherzversagens
versagens ist eine sofortige Katheterintervention oder Embolektomie vorzuziehen (insbesondere, wenn das CT-Gerät nicht sofort verfügbar ist) 4 Verdacht auf chronische LE oder Verlaufskontrolle nach bekannter akuter LE 4 Abgrenzung einer chronischen thromboembolischen pulmonalen Hypertonie (CTEPH) von anderen Formen der pulmonalarteriellen Hypertonie 4 Ausschluss von pulmonalen arteriovenösen Malformationen (z. B. Morbus Osler-RenduWeber) sowie Fehlbildung, Aneurysma, Vaskulitis oder Tumor der Pulmonalarterien
14.4
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die wichtigsten Punkte sind in . Tab. 14.1 zusammengefasst.
14.5
CT-Protokoll
In der Regel besteht die CTPA aus einer kontrastverstärkten Serie während der pulmonalarteriellen Phase. Es werden weder eine native noch eine venöse Phase benötigt.
. Tab. 14.1 Patientenvorbereitung und -lagerung Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang (18 oder 20 G) 4 Kein orales Kontrastmittel
Nachteile
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit angehobenen Armen
4 Verwendung ionisierender Strahlung und jodhaltigen Kontrastmittels
Untersuchungsbereich
4 Vom Aortenbogen bis zur Zwerchfellkuppe oder 4 von der Lungenspitze bis zum Sinus phrenicocostales – Bei zusätzlichen Fragestellungen wie z. B. Rundherd – Geht mit einer vermehrten Dosis von ca. 30 % einher
14.3
Indikationen
4 Klinischer Verdacht auf akute LE falls Patient stabil 5 Bei instabilen Patienten mit Hypotension und Schock infolge eines akuten Rechtsherz-
119 14.5 · CT-Protokoll
> Die Datenakquisition erfolgt in mittlerer Inspirationslage, da eine tiefe Inspiration durch den erhöhten intrathorakalen Druck (Valsalva-Manöver) zu einer schlechten Füllung der Lungenarterien führen kann.
Die geringe Abschwächung der Röntgenstrahlen in den lufthaltigen Lungen begünstigt die Anwendung von Niedrigdosis-Protokollen für CTPA bis zu einem Körpergewicht von 80–90 kg. Hierbei ist der Einsatz einer tieferen Röntgenspannung (z. B. 100 oder 80 kV) mit Anpassung des Röhrenstroms zu bevorzugen. Diese Technik wird häufig mit einer reduzierten injizierten Jodmenge gekoppelt und bietet eine gute diagnostische Bildqualität mit hohem Gefäßkontrast an (7 Kap. 13). Die Kontrastmittelvolumina in der . Tab. 14.2 sind auf eine Jodkonzentration von 300 mg Jod/ml optimiert. Bei Verwendung von Kontrastmitteln mit höheren Jodkonzentrationen muss das Injektionsvolumen und die Flussrate angepasst werden. Praxistipp
4 Eine akute Lungenembolie stellt sich in der Regel als hypodenser Füllungsdefekt mit konvexer Begrenzung in der kontrastierten Arterie dar (. Abb. 14.1). Mit der Zeit wird der Koagel abgebaut und das Gefäß wird entweder wieder voll durchgängig oder es bleibt ein konkav geformter, häufig wandständiger/netzartiger Restbefund (chronische Lungenembolie, . Abb. 14.2). 4 Um die Diagnose einer LE zu stellen, muss der hypodense pulmonalarterielle Füllungsdefekt in mind. 2–3 aufeinander folgenden Bildern ohne Bewegungsartefakte erkennbar sein. 4 Bei unscharfen Hypodensitäten in segmentalen oder subsegmentalen Arterien entsprechend einer suspekten vollständigen Verlegung und distal von dieser Stelle wiedererkennbarer Kontrastierung des Gefäßlumens muss an Artefakte gedacht werden. 4 Hiläre Lymphknoten und nichtkontrastierte Lungenvenen können fälschlicherweise als Lungenembolie interpretiert werden.
6
14
4 Die Dilatation des rechten Ventrikels (Verhältnis zwischen den Durchmessern des rechten und linken Ventrikels in der VierkammerblickRekonstruktion > 0,9) besitzt einen hohen negativen prädiktiven Wert für die 30-TageMortalität nach LE. Andere Zeichen für eine Rechtsherzbelastung, wie z. B. die retrograde Kontrastierung der Vena cava inferior und der Lebervenen, sind relativ unspezifisch. 4 Mit Hilfe von überlappenden MIP-Rekonstruktionen (z. B. 10-mm-Schichtdicke koronar und transversal) können die Gefäße besser verfolgt und dabei Embolien besser zu den Lungenarterien zugeordnet werden. Um kleine umspülte Füllungsdefekte nicht zu verpassen, sollten die MIP-Bilder immer zusammen mit den transversalen CTPA-Bildern ausgewertet werden. 4 Bei schwangeren Frauen mit Verdacht auf LE kann die geschätzte effektive Strahlendosis mit der Kombination von 80 kV Röhrenspannung und einer Scanlänge von der Aorta bis zum Zwerchfell < 1,5 mSv gehalten werden; diese Dosis ist niedriger als die Strahlenbelastung aus einer Perfusions-VentilationsLungenszintigraphie. Die Jodflussrate sollte in der Schwangerschaft an das höhere Herzzeitvolumen angepasst werden, indem die Konzentration und/oder die Injektionsrate des Kontrastmittels erhöht wird (7 Kap. 24). 4 Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion und einem Körpergewicht von weniger als 80–90 kg können von einer reduzierten Kontrastmittelmenge kombiniert mit niedriger Röhrenspannung profitieren. In Patienten mit Durchschnittsgewicht genügt bereits eine Jodmenge von 12 g (d. h. 40 ml KM mit einer Konzentration von 300 mg Jod/ml) für eine gute Bildqualität mit 80 kV CTPA und führt zu keiner Verschlechterung der Nierenfunktion. 4 Die Verwendung von weiten Fenstereinstellungen mit 80 kV CTPA dient der sicheren Erkennung von kleinen partiellen pulmonalarteriellen Füllungsdefekten und verbessert gleichzeitig die subjektive Bildqualität, da das höhere Bildrauschen bei tiefer Strahlendosis weniger wahrgenommen wird.
120
Kapitel 14 · CT-Pulmonalisangiographie
. Tab. 14.2 Untersuchungsprotokolle Protokoll
Röhrenspannung (kV)
Röhrenstrom-ZeitProdukt (mAs)
Kontrastmittel
CTPA (aNiedrigdosis-CT) (bAdipöse Patienten)
100 (80) (100)
100 (150) (150)
60–100 ml à 3–5 ml/s mit Nachspülung von 20–30 ml NaCl, Bolustracking im Truncus pulmonalis, Doppelkolbensystem mit NaCl
a b
14.6
Bis zu einem Körpergewicht von ca. 80–90 kg Zwischen ca. 100 und 150 kg Körpergewicht
Spezielle Untersuchungstechniken
Die synchrone Datenakquisition von 2 verschiedenen Röhrenenergien mit einem Dual-Energy-CT (DECT)-Gerät erlaubt die genaue Berechnung des Jodgehalts in den Gefäßen und im Lungenparenchym (sog. Jodbilder, 7 Kap. 18). Diese Technik ermöglicht einen Ausschluss von segmentalen und subsegmentalen Embolien bei unklaren Befunden in der CTPA. Eine CT-Venographie von den Becken-BeinVenen im direkten Anschluss an eine CTPA kann zum Ausschluss einer Thrombose verwendet wer-
den. Jedoch geht dieses Verfahren mit einer höheren Strahlen- und allenfalls KM-Dosis im Vergleich zur CTPA einher. Folglich wird vom regelmäßigen Einsatz dieser Technik abgeraten. Mittels eines Triple-rule-out-Protokolls können neben der LE auch Pathologien der thorakalen Aorta (Dissektion oder Aneurysma) und der Herzkranzgefäße als Ursache von akuten Thoraxschmerzen ausgeschlossen werden. Das Protokoll wird in 7 Kap. 15 diskutiert.
14
. Abb. 14.1 CTPA mit 100 kV Röhrenspannung in einem 50-jährigen Patienten. Multiple akute segmentale Lungenembolien in der Lingula, im linken Unterlappen und im anterioren Oberlappensegment rechts (Pfeile)
. Abb. 14.2 Kontroll-CTPA im selben Patienten nach 4 Monaten. Kleine Restbefunde in einzelnen Segmentarterien beider Unterlappen im Rahmen einer chronischen Lungenembolie (Pfeile)
121 14.7 · Systematische Bildanalyse
Rekonstruktionen
Schichtdicke/Inkrement (mm)
Rekonstruktionsfilter
Fenster: Width/Center
Angiographie
1/1
Weich
700/80 (a900/150)
Weichteile
5/5
Weich
400/40
Lunge
5/5
Hart
1 300/-600
WS sagittal
2/2
Hart
2 000/500
14.7
Systematische Bildanalyse
Die Befundung und Beurteilung einer CTPA sollte identisch zu einer Standard-Thorax-CT erfolgen. Eine Checkliste ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben.
4 Pleura: – Pleuraerguss? – Pleuraschwielen? Pleuraverkalkungen? – Mit abgebildeter Oberbauch
Lungenfenster Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Weichteile 4 Mammae (Tumor? Lk? Verkalkungen?) 4 Axillae (Lk?) 4 Mediastinum: – Lungenarterien (Lungenembolie?) – Füllungsdefekte? (komplett und partiell, Lokalisation) – Weite der zentralen Lungenarterien – Größenverhältnis des rechten zum linken Ventrikel 4 Herz (Herzgröße? Koronarsklerose? Bypässe?) 4 Typische LK-Prädilektionsstellen: – Ventral des Aortenbogens – Aortopulmonales Fenster – Hilus – Paratracheal – Subkarinär – Kardiophrener Winkel – Supra-/infraklavikulär
6
4 Lungenparenchym – Bullae? Emphysemtyp? – Narbige Veränderungen? Fibrose? – Bronchiektasen? Bronchialwandverdickung? – Lungenrundherde? – Infiltrate? 4 Pleura: – Pneumothorax?
Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen? 4 Frische/ältere Frakturen der BWS/Rippen/ Sternum? 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen? 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina?
14
122
Kapitel 14 · CT-Pulmonalisangiographie
14.8
Weiterführende Literatur
Kristiansson M, Holmquist F, Nyman U (2010) Ultralow contrast medium doses at CT to diagnose pulmonary embolism in patients with moderate to severe renal impairment: A feasibility study. Eur Radiol 20(6): 1321–1330 Pontana F, Faivre JB, Remy-Jardin M et al. (2008) Lung perfusion with dual-energy multidetector-row CT (MDCT): Feasibility for the evaluation of acute pulmonary embolism in 117 consecutive patients. Acad Radiol 15(12): 1494–1504 Schaefer-Prokop C, Prokop M (2008) CTPA for the diagnosis of acute pulmonary embolism during pregnancy. Eur Radiol 18(12): 2705–2708 Stein PD, Fowler SE, Goodman LR et al. (2006) Multidetector computed tomography for acute pulmonary embolism. NEJM 354(22): 2317–2327 Szucs-Farkas Z, Kurmann L, Strautz T, Patak MA, Vock P, Schindera ST (2008) Patient exposure and image quality of low-dose pulmonary computed tomography angiography: Comparison of 100- and 80-kvp protocols. Invest Radiol 43(12): 871–876 Torbicki A, Perrier A, Konstantinides S et al. (2008) Guidelines on the diagnosis and management of acute pulmonary embolism: The task force for the diagnosis and management of acute pulmonary embolism of the European Society of Cardiology (ESC). Eur Heart J 29(18): 2276– 2315
14
15
Herz Sebastian Leschka und Lotus Desbiolles
15.1 Einleitung
– 124
15.1.1 Was ist besonders an der CT des Herzens? – 124 15.1.2 Technische Voraussetzungen für die CT-Bildgebung des Herzens
– 124
15.2 Vorbereitung und Ablauf der CT-Untersuchung des Herzens – 124 15.3 Akquistionsmodi bei der Herz-CT 15.4 Calcium-Scoring
– 126
– 127
15.4.1 Messmethoden für die Koronarverkalkung 15.4.2 Interpretation des Calcium-Scores – 129
– 127
15.5 CT-Koronarangiographie – Indikationen
– 129
15.6 Datenrekonstruktion und sekundäre Reformationen 15.6.1 Datenrekonstruktion – 130 15.6.2 Sekundäre Reformationsmethoden
15.7 Systematische Bildanalyse 15.8 Weiterführende Literatur
– 130
– 130 – 131
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_15, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 130
124
Kapitel 15 · Herz
15.1
Einleitung
Heutzutage stellt die Herz-CT eine Routineuntersuchung in der täglichen radiologischen Praxis dar, während sie noch vor wenigen Jahren nur in wenigen spezialisierten Zentren durchgeführt wurde. Die Herausforderungen bei der Herz-CT bestehen in den besonderen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts und den damit einhergehenden technischen Voraussetzungen an die CT-Technologie.
15.1.1
Was ist besonders an der CT des Herzens?
Die Untersuchung des Herzens unterscheidet sich im Wesentlichen in 3 Punkten von der Bildgebung anderer Körperregionen: 1. Die Koronararterien haben eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit und nur eine kurze Phase relativer Bewegungsruhe innerhalb des Herzzyklus (. Abb. 15.1). 2. Die Koronarbewegung ist intra- und interindividuell sehr unterschiedlich. 3. Die Koronararterien sind sehr klein. Der mittlere Durchmesser der Koronararterien beträgt ungefähr 3 mm, und die distalen Segmente der Koronararterien haben einen Durchmesser von < 1,5 mm.
15.1.2
Technische Voraussetzungen für die CT-Bildgebung des Herzens
Die technischen Voraussetzungen für die CT-Bildgebung des Herzens sind: 4 die Notwendigkeit einer Synchronisierung der Datenakquisition mit dem EKG-Signal (7 Abschn. 15.3), 4 eine hohe zeitliche Auflösung zur Kompensation der Koronarbewegung (moderne CT-Systeme bieten heute eine zeitliche Auflösung von < 100 ms), 4 eine hohe räumliche Auflösung, um auch kleinste Koronarsegmente adäquat darstellen und beurteilen zu können (. Abb. 15.2, moderne CTSysteme bieten heute eine räumliche Auflösung von 0,4–0,625 mm).
15.2
Vorbereitung und Ablauf der CT-Untersuchung des Herzens
Eine Herz-CT-Untersuchung besteht i. Allg. aus mehreren Einzelschritten (. Abb. 15.3). Für eine gute Untersuchungsqualität bei der Herz-CT ist die aktive Mitarbeit des Patienten erforderlich. Die Mitarbeit des Patienten setzt eine ausreichende Information über den Untersuchungsablauf voraus (7 Kap. 6). Des Weiteren sollten die Vorbereitungen korrekt durchgeführt werden, um eine suffiziente Bildqualität zu gewährleisten (. Tab. 15.1). Praxistipp
15
. Abb. 15.1 Mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Koronararterien in Abhängigkeit von der Herzfrequenz. Bei niedriger Herzfrequenz (< 60/min) besteht eine lange Phase geringer Koronarbewegungsgeschwindigkeit in der mittleren Diastole (Diastasis, etwa 50–75 % des RR-Intervalls). Bei höherer Herzfrequenz nimmt die mittlere Koronargeschwindigkeit zu und die Phase relativer Bewegungsruhe wird kürzer. Zusätzlich besteht ein kurzes Intervall geringerer Koronargeschwindigkeit in der Systole (etwa 25–35 % des RR-Intervalls)
Die Untersuchung sollte in einer mittleren Atemlage anstatt bei tiefer Inspiration durchgeführt werden, da eine tiefe Inspiration häufig vom Patienten mit einem Pressen kombiniert wird, welches dann durch den intrathorakalen Druckanstieg zu einer insuffizienten Kontrastierung führen kann. Es ist sinnvoll, vor der Untersuchung die korrekte Einatemtechnik ohne Pressen etwa 2- bis 3-mal mit dem Patienten zu praktizieren.
Informationsgespräch Das Informationsgespräch
dient der Beruhigung des Patienten und der Vervollständigung der benötigten klinischen Angaben:
125 15.2 · Vorbereitung und Ablauf der CT-Untersuchung des Herzens
15
. Abb. 15.2 Abbildung eines Koronarplaques in Abhängigkeit von der räumlichen Auflösung
4 Aufklärung des Patienten über die Art der Untersuchung, 4 Erhebung von Körpergewicht, Körpergröße und Herzfrequenz in Ruhe für die Auswahl des richtigen Akquisitionsmodus (7 Abschn. 15.3), 4 Vervollständigen der klinischen Angaben bezüglich kardiovaskulärer Risikofaktoren, kardialer und extrakardialer Erkrankungen, thorakaler Operationen und vorgängig durchgeführter kardialer Abklärungen, 4 Erfragen von Kontraindikationen für die etwaige Applikation von Nitroglycerin und β-Blockern. Patientenvorbereitung Die Patientenvorbereitung . Abb. 15.3 Übersicht über die einzelnen Teile einer HerzCT-Untersuchung
. Tab. 15.1 Untersuchungsprotokoll (allgemein) Patientenvorbereitung
4 Informationsgespräch 4 Peripherer Venenzugang (grüner Venflon®, 18 G) 4 EKG-Elektroden platzieren (außerhalb des Scanbereichs)
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen
Untersuchungsbereich
4 Von 2 cm unterhalb der Trachealbifurkation bis unterhalb des Herzens
umfasst die korrekte Lagerung des Patienten auf dem CT-Tisch, das Anlegen der EKG-Elektroden und das Legen einer peripheren Venenverweilkanüle. 4 Der Patient sollte mit dem Herz in der Mitte der Gantry gelagert werden, da sich die beste Auflösung bei der CT im Rotationszentrum befindet. 4 Die EKG-Elektroden (und insbesondere der EKG-Adapter) sollten außerhalb des Scanbereichs liegen, um Artefakte zu vermeiden. 4 Der bevorzugte Zugang für die periphere Venenverweilkanüle ist eine rechtsseitige Antekubitalvene. Da hohe Injektionsraten (4–6 ml/s) bei der Herz-CT notwendig sind, sollte ein großvolumiger Zugang gewählt werden (mind. 18 G). Prämedikation Bei der Herz-CT kommen β-Blo-
cker und Nitroglycerin zum Einsatz. Bei beiden Medikamenten sind die Kontraindikationen zu beachten (. Tab. 15.2).
126
Kapitel 15 · Herz
4 β-Blocker: 5 Die β-Blocker-Gabe ist bei hoher Herzfrequenz (insbesondere bei Verwendung eines CT-Systems mit 64 Zeilen oder weniger) zu empfehlen, um die Herzfrequenz zu senken. Darüber hinaus kann die β-Blocker-Gabe sinnvoll sein, um ein möglichst dosissparendes Untersuchungsprotokoll verwenden zu können. 5 Die Anwendung erfolgt oral (z. B. Metoprolol 50 mg p.o. 45–60 min vor der Untersuchung und/oder intravenös (z. B. Metoprolol 2,5–16 mg i.v. direkt auf dem CT-Tisch). 4 Nitroglycerin: 5 Nitroglycerin führt zu einer Erweiterung der epikardialen Koronargefäße und einer Erhöhung des koronaren Blutflusses. Diese Effekte macht man sich bei der Herz-CT zunutze, um durch die Koronardilatation die Beurteilbarkeit des Koronarlumens zu verbessern.
5 Die Anwendung erfolgt in der Regel sublingual (z. B. 0,8–1,2 mg Glyceroltrinitratspray s.l.). 5 Das Maximum der Koronardilatation nach sublingualer Nitroglycerinanwendung findet sich etwa nach 4–12 min.
15.3
Akquistionsmodi bei der Herz-CT
Prinzipiell sind 2 verschiedene Akquisitionsmodi bei der Herz-CT möglich (. Abb. 15.4), welche sich in der Synchronisationstechnik der Datenakquisition mit dem EKG-Signal und in der Strahlenexposition unterscheiden. Beim retrospektiven EKG-Gating wird das Herz mit einem Spiralscan abgedeckt, und es werden kontinuierlich über den ganzen Herzzyklus Daten erfasst. Nach der Datenaufnahme werden retrospektiv einzelne Herzphasen zur Rekonstruktion
. Tab. 15.2 Kontraindikationen für die Anwendung von β-Blockern und Nitroglycerinspray β-Blocker
Nitroglycerinspray
4 4 4 4 4 4
4 4 4 4
Dekompensierte Herzinsuffizienz Asthma bronchiale Allergie gegen β-Blocker Systolischer Blutdruck < 100 mmHg Herzfrequenz < 60/min Einnahme von Medikamenten mit Verlängerung der AV-Überleitungszeit (z. B. Verapamil, Diltiazem)
15
. Abb. 15.4 Akquisitionsmodi bei der Herz-CT
Schwere Aortenklappenstenose Hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie Ausgeprägte hypotone Kreislaufzustände Phosphodiesteraseinhibitoren (Sildenafil, z. B. Viagra®)
127 15.4 · Calcium-Scoring
ausgesucht. Im Gegensatz zur prospektiv EKG-getriggerten Datenakquisition können bei der retrospektiv EKG-gegateten Akquisition Daten aus jeder Phase des Herzzyklus zur Datenakquisition verwendet werden. Bei der retrospektiv EKG-gegateten Akquisition kann als Variante eine EKG-basierte Röhrenstrommodulation (sog. EKG-Pulsing) verwendet werden. Hierbei wird der volle Röhrenstrom nicht über den ganzen Herzzyklus, sondern nur über eine prädefinierte Phase des Herzzyklus appliziert, während im Rest des Herzzyklus der Röhrenstrom reduziert wird (z. B. auf 20 % des maximalen Röhrenstroms). Dadurch können immer noch Rekonstruktionen in allen Herzphasen durchgeführt werden, jedoch ist die Bildqualität in Phasen mit reduziertem Röhrenstrom durch ein erhöhtes Bildrauschen vermindert. Die mittlere Strahlenexposition für eine retrospektiv EKG-gegatete CT-Koronarangiographie bei Verwendung moderner CT-Systeme beträgt etwa 10– 16 mSv ohne Röhrenstrommodulation und etwa 5–10 mSv bei Verwendung eines EKG-Pulsings. Bei der prospektiven EKG-Triggerung wird eine sequenzielle Technik angewendet: Gesteuert vom EKG-Signal wird die Röntgenstrahlung in einem vordefinierten Zeitpunkt innerhalb des Herzzyklus ohne Tischbewegung appliziert. Danach wird der CT-Tisch an die nächste z-Position gefahren und eine weitere Akquisition zum gleichen Zeitpunkt innerhalb des Herzzyklus durchgeführt. Da die Exposition nur in einem begrenzten Zeitintervall des Herzzyklus erfolgt, stehen keine anderen Herzphasen zur Rekonstruktion zur Verfügung. Dafür hat die prospektiv EKG-getriggerte CT-Koronarangiographie nur eine geringe Strahlenexposition von etwa 1–3 mSv. Der Flash-Mode (oder High-Pitch-Mode) stellt eine spezielle Variante der prospektiven EKG-Triggerung bei der Verwendung von Zwei-Röhren-Systemen (Dual-Source-CT) dar. Hierbei wird das zweite Röhren-Detektor-System dazu verwendet, die Projektionsdatenlücken zu füllen, welche bei hohem Pitch (> 2) bei Ein-Röhren-Systemen entstehen. Durch die heute verfügbare breite Detektorabdeckung und hohe Rotationsgeschwindigkeit ist es möglich, das gesamte Herz innerhalb einer diastolischen Ruhephase (etwa 0,25 s) abzubilden. Voraussetzung zur Verwendung dieses Modus ist da-
15
her eine möglichst geringe Herzfrequenz (< 65/ min), da mit höherer Herzfrequenz die diastolische Ruhephase verkürzt wird und daher die Datenakquisition von einer Viertelsekunde zu lang für die komplette Abbildung des Herzens in der diastolischen Ruhephase wäre. Praxistipp
Die prospektiv EKG-getriggerte Datenakquisition ist für Patienten mit niedriger Herzfrequenz geeignet (< 70/min). Bei höherer oder sehr unregelmäßiger Herzfrequenz ist eine retrospektiv EKG-gegatete Akquisition mit EKG-Pulsing zu empfehlen, da häufig mehrere Rekonstruktionszeitpunkte zur Beurteilung notwendig sind. Eine retrospektiv EKG-gegatete CT ohne Röhrenstrommodulation ist bei Verwendung moderner CT-Systeme nicht mehr zu empfehlen.
15.4
Calcium-Scoring
Das Calcium-Scoring kann als eine isolierte Untersuchung für die Abschätzung des kardiovaskulären Risikoprofils eines Patienten oder in Kombination mit einer anschließenden CT-Koronarangiographie durchgeführt werden.
15.4.1
Messmethoden für die Koronarverkalkung
Zur Quantifizierung der Koronarverkalkung sind 3 Messmethoden gebräuchlich (. Abb. 15.5): 1. Agatston-Score (AS) (. Abb. 15.5a): 5 Prinzip: Multiplikation der Plaquefläche mit einem Wichtungsfaktor der CT-Dichte 5 Traditionelles und am weitesten verbreitetes Bewertungssystem für die Koronarkalkmessung 5 Wert sehr anfällig gegenüber Bewegungsartefakten und insbesondere Bildrauschen; daher schlechte Reproduzierbarkeit der Werte 2. Volumenscore (VS) (. Abb. 15.5b): 5 Prinzip: Bestimmung des Volumens aller Voxel eines Plaques, welche einen CT-Dichtewert von mind. 130 HU haben
128
Kapitel 15 · Herz
5 Wert anfällig für Partialvolumeneffekte, jedoch bessere Reproduzierbarkeit als der AS 3. Massenscore (MS) (. Abb. 15.5c): 5 Prinzip: Volumen und mittlere CT-Dichte eines Plaques werden anhand eines Kalibrie-
rungsfaktors als Massenäquivalent für Calciumhydroxylapatit ausgedrückt 5 Kalibrierungsfaktor ist abhängig vom verwendeten CT-System und CT-Protokoll 5 Bessere Reproduzierbarkeit des Wertes als beim AS
a
b
15
c . Abb. 15.5 Messmethoden beim Calcium-Scoring. a Der Agatston-Score wird berechnet, indem die Fläche aller Voxel mit einer CT-Dichte von mind. 130 HE mit einem Wichtungsfaktor multipliziert wird. Dieser Wichtungsfaktor richtet sich nach der CT-Dichte desjenigen Voxels mit der höchsten Dichte. b Der Volumenscore ist die Anzahl der Voxel mit ei-
ner CT-Dichte von mind. 130 HE multipliziert mit dem Volumen jedes Voxels. c Für den Massen-Score werden das Volumen und die mittlere CT-Dichte der Voxel mit einem Kalibirierungsfaktor in ein Massenäquivalent Calciumhydroxylapatit umgerechnet
15
129 15.5 · CT-Koronarangiographie – Indikationen
15.4.2
Interpretation des Calcium-Scores
können auch nichtverkalkte Koronarplaques genauestens auf ihre Koronarlumeneinengung beurteilt werden. Zahlreiche Studien mit verschiedenen CT-Systemen haben gezeigt, dass die CT-Koronarangiographie eine vergleichbare diagnostische Genauigkeit zum Herzkatheter hat. Insbesondere der hohe negative Vorhersagewert von nahezu 100 % erlaubt einen sicheren Ausschluss von Koronarstenosen mit der CT-Koronarangiographie. Die Indikationen zur CT-Koronarangiographie werden von verschiedenen nationalen und internationalen radiologischen und kardiologischen Fachgesellschaften regelmäßig aktualisiert. Die wichtigsten Indikationen für eine CT-Koronarangiographie sind 4 unklarer Thoraxschmerz bei Patienten mit niedriger bis intermediärer Vortestwahrscheinlichkeit für eine koronare Herzkrankheit und inkonklusivem EKG sowie inkonklusivem oder nicht durchführbarem Belastungstest, 4 Abklärung von Koronaranomalien, 4 präoperative Abklärung vor nichtkoronarer Herzchirurgie (z. B. Klappen- oder Tumorchirurgie) oder extrakardialer Chirurgie (z. B. vor Operation eines abdominalen Aortenaneurysmas),
Die Koronarkalklast korreliert signifikant mit der Wahrscheinlichkeit für einen zukünftigen Myokardinfarkt. Interpretiert wird der Calcium-Score üblicherweise, indem man den Agatston-Score eines Patienten mit demjenigen einer asymptomatischen Vergleichsgruppe von gleichem Alter und Geschlecht vergleicht. Hierzu stehen Vergleichstabellen (. Tab. 15.3) und Kalkulatoren im Internet (z. B. www.mesa-nhlbi.org/calcium/input.aspx) zur Verfügung. Patienten, deren Calcium-Score oberhalb der alters- und geschlechtsbezogenen 75. Perzentile liegt, haben ein signifikant höheres Risiko für einen Myokardinfarkt und profitieren von einer aggressiven Lipidsenkungstherapie auf einen Zielwert des LDL auf < 100 mg/dl.
15.5
CT-Koronarangiographie – Indikationen
Die EKG-synchronisierte CT-Untersuchung des Herzens nach intravenöser Kontrastmittelgabe wird als CT-Koronarangiographie bezeichnet. Dadurch
. Tab. 15.3 Alters- und geschlechtsnormierte Perzentilen der Koronarkalklast Frauen
Männer
Perzentilen
Perzentilen
Alter (Jahre)
25.
50.
75.
90.
25.
50.
75.
90.
< 40
0
0
1
3
0
1
3
14
40–44
0
0
1
4
0
1
9
59
45–49
0
0
2
22
0
3
36
154
50–54
0
0
5
55
1
15
103
332
55–59
0
1
23
121
4
48
215
554
60–64
0
3
57
193
13
113
410
994
65–69
1
24
145
410
32
180
566
1299
70–74
3
52
210
631
64
310
892
1774
> 74
9
75
241
709
166
473
1071
1982
Angaben gemäß Hoff et al., Am J Cardiol 2001. Werte beziehen sich auf die Messungen in insgesamt 35 246 asymptomatischen Frauen und Männern
130
Kapitel 15 · Herz
4 Alternative zum Herzkatheter, falls dieser ein erhöhtes Risiko darstellt, 4 Beurteilung von aortokoronaren Bypässen. Praxistipp
Eine CT-Koronarangiographie ist nicht indiziert bei 4 symptomatischen Patienten mit hohem kardiovaskulärem Risikoprofil, 4 bei Verdacht auf ein akutes Koronarsyndrom mit typischen EKG-Veränderungen und positiven kardialen Biomarkern, 4 bei Asymptomatischen.
15.6
Datenrekonstruktion und sekundäre Reformationen
15.6.1
Datenrekonstruktion
15.6.2
Zur Betrachtung der Bilddaten der Herz-CT stehen mehrere Datenreformationsmethoden zur Verfügung (7 Kap. 7). Jede dieser Methoden hat Vor- und Nachteile bei der Interpretation des Herz-CT-Datensatzes (. Tab. 15.4). Praxistipp
Die Interpretation der Herz-CT erfolgt überwiegend anhand multiplanarer Reformationen, während andere sekundäre Reformationsmethoden für spezielle Fragestellungen verwendet werden können.
15.7
Die Datenrekonstruktion muss synchronisiert zum abgeleiteten EKG-Signal erfolgen, um die Herzbewegung zu kompensieren. Die Synchronisation der Datenrekonstruktion mit dem EKG-Signal kann relativ oder absolut erfolgen: Relative EKG-Synchronisation Das Zeitfenster für
die Datenrekonstruktion wird anhand eines Prozentwerts zwischen 2 R-Zacken bestimmt. Absolut antegrade EKG-Synchronisation Das Zeit-
15
fenster für die Datenrekonstruktion wird als fester Abstand (in +ms) nach einer R-Zacke definiert. Absolut retrograde EKG-Synchronisation Das Zeit-
fenster für die Datenrekonstruktion wird als fester Abstand (in -ms) vor einer R-Zacke definiert. Praxistipp
Die relative EKG-Synchronisation ist die gebräuchlichste Form der Datenrekonstruktion, da die relativen Werte sich bei unterschiedlichen Herzfrequenzen nur gering ändern und damit meist mit den üblichen Rekonstruktionszeitpunkten gearbeitet werden kann.
Sekundäre Reformationsmethoden
Systematische Bildanalyse
Eine Checkliste zur systematischen Beurteilung einer Herz-CT ist im Anhang (7 Kap. 29) wiedergegeben. Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Koronararterien 4 4 4 4
Verkalkungen: Verteilung? Kalziumscore? Koronaranatomie? (Normal? Anomalie?) Koronarversorgungstyp? Koronarstenosen? (Wo?)
Kardiale Strukturen 4 Klappen (Verkalkungen? Stenose? Insuffizienz?) 4 Größe der Herzhöhlen normal? 4 Konkordante Verbindungen? 4 Vorhofseptum (PFO? ASD?) 4 Ventrikelseptum (VSD? Muskulär, septal?) 4 Thromben in den Herzhöhlen? (Vorhofohr?) 4 Pulmonalvenenanatomie normal? Mediastinum 4 Lymphknoten? 4 Lungenembolie?
6
131 15.8 · Weiterführende Literatur
15
. Tab. 15.4 Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile der einzelnen sekundären Reformationsmethoden für die Herz-CT Methode
Eigenschaft
Vorteile
Nachteile
Multiplanare Reformationen (MPR)
Darstellung der Voxel in einer frei wählbaren Ebene (axial, koronar, sagittal, schräg, gekrümmt)
4 Am wenigsten durch den Benutzer manipuliert, sodass die Gefahr artifizieller Befunde gering ist 4 Gekrümmte MPR bieten die Möglichkeit, die um das Herz verlaufenden Koronararterien in ihrem gesamten Verlauf abzubilden
Keine anatomisch korrekte 3-D-Darstellung
MaximumIntensitätsprojektion (MIP)
Darstellung der Voxel mit dem höchsten Dichtewert innerhalb des Datensatzes in frei wählbaren Ebenen
4 Möglichkeit der Darstellung der Koronararterien mit Seitenästen in einem Bild 4 Eine höhere Schichtdicke der MIP reduziert das Bildrauschen
4 Große Schichtdicken können Stenosen maskieren 4 Nicht sinnvoll bei angrenzenden dichten Strukturen (Verkalkung, Koronarstents)
MinimumIntensitätsprojektion (MinIP)
Darstellung der Voxel mit dem tiefsten Dichtewert innerhalb des Datensatzes in frei wählbaren Ebenen
Besser zur Darstellung der Herzklappen als MIP
Schichtdicken müssen sehr dünn gewählt werden (< 3 mm)
Volume Rendering (VR)
Zuteilung einer Farbe und Transparenz für verschiedene CTDichtewerte
4 Gute Übersicht über das gesamte Herz 4 Gut geeignet zur Demonstration von Befunden
4 Zeitaufwändiger als die anderen Methoden 4 Unsachgemäßer Gebrauch kann Stenosen maskieren oder vortäuschen
15.8
Weiterführende Literatur
Pleura 4 Pleuraerguss? Lunge 4 Pulmonale Rundherde? 4 Infiltrate? Mit abgebildeter Oberbauch
Alkadhi H, Leschka S, Flohr TG, Marincek B (2009) Praxisbuch Herz-CT. Springer, Heidelberg
16
Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie Maciej Jonczy und Christian W. A. Pfirrmann
16.1 Einleitung
– 134
16.2 Indikationen
– 134
16.3 Patientenvorbereitung und -lagerung 16.4 Postprocessing 16.5 Arthrographie
– 134 – 135
16.6 Obere Extremität 16.6.1 16.6.2 16.6.3 16.6.4
– 134
– 135
Schulter – 135 Ellbogen – 136 Torsionsmessung der Ulna und des Radius Handgelenk – 138
16.7 Untere Extremität
– 137
– 142
16.7.1 Hüftgelenk – 142 16.7.2 Beinlängenmessung, Rotation Femur und Tibia – 142 16.7.3 Rotationsmessung der Prothesenkomponenten nach Knie-Totalendoprothese – 144 16.7.4 TAGT – 145 16.7.5 Oberes Sprunggelenk (OSG) – 146
16.8 CT-Myelographie
– 147
16.9 Systematische Bildanalyse 16.10 Weiterführende Literatur
– 150 – 151
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_16, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
134
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
16.1
Einleitung
Das folgende Buchkapitel soll einen Überblick über häufige und spezielle Anwendungen der CT in der muskuloskelettalen Diagnostik geben. Neben der MRT spielt die CT in der Abklärung muskuloskelettaler Fragestellungen eine wichtige Rolle, dies insbesondere bei der Darstellung knöcherner Strukturen. Hier ist die CT der MRT häufig überlegen. Nach einigen einleitenden Worten zu den Indikationen, zur Patientenvorbereitung und -lagerung sowie zum Postprocessing und nach allgemeinen Hinweisen zur Arthrographie werden in den 7 Abschn. 16.7 bis 7 Abschn. 16.9 einzelne, spezielle Untersuchungen, geordnet nach anatomischer Lokalisation besprochen inklusive der entsprechenden Protokollvorschläge, optimiert für ein 40-ZeilenGerät (Phillips Brilliance®). Auf eine eingehende Besprechung einzelner Frakturen und Knochentumoren sowie deren Einteilung kann aus Platzgründen nicht eingegangen werden.
16.2
16
Indikationen
Eine wichtige Rolle spielt die CT bei der Abklärung komplexer Frakturen. Dank der hohen Ortsauflösung können auch kleinste ossäre Fragmente dargestellt werden. Dies ist besonders bei komplexen Frakturen sehr hilfreich. Nach erfolgter Osteosynthese können die Integrität des Osteosynthesematerials und ein ossärer Durchbau mit der CT präzise beurteilt werden. Bei der Abklärung von Knochentumoren gibt die CT nebst der MRT und der konventionell-radiologischen Diagnostik weitere Informationen zur Aggressivität (Randbereich, Osteolysetyp, Kortikalisunterbruch) und zur Tumorart (osteogene, chondrogene Matrix, milchglasartige Dichte bei fibröser Dysplasie). Bei liegendem Osteosynthesematerial und den damit verbundenen Suszeptibilitätsartefakten in der MRT ist die CT-Arthrographie eine gute Alternative zur Beurteilung von Gelenken. Die Oberfläche des Knorpelüberzugs und dessen Dicke können beurteilt werden, ebenso die Integrität der Gelenkkapsel sowie beim Schultergelenk die Integrität der Rotatorenmanschette.
Bestehen absolute Kontraindikationen zur MRT (z. B. implantierte elektronische Geräte wie Pacemaker) oder ist eine Spondylodese erfolgt, ist die CT-Myelographie eine sehr gute Alternative und bietet eine gute Möglichkeit, gleichzeitig die ossären Verhältnisse der Wirbelsäule und die Weite des Spinalkanals sowie der Neuroforamina zu untersuchen. So kann eine Kompression des Myelons oder der Nervenwurzeln besser dargestellt werden als mit einer nativen CT-Untersuchung der Wirbelsäule. Bezüglich Beurteilung der Weite des Spinalkanals und der Neuroforamina ist die CT der MRT ebenbürtig. Die speziellen Indikationen werden in den jeweiligen Unterkapiteln genannt.
16.3
Patientenvorbereitung und -lagerung
Untersuchungen mit intravenöser Kontrastmittelgabe sind selten (z. B. zur Darstellung von Gefäßen in enger Nachbarschaft zu Frakturfragmenten). Vor Interventionen ist insbesondere bei oral antikoagulierten Patienten die Blutgerinnung laborchemisch zu überprüfen. Die Lagerung spielt eine große Rolle und wird bei den jeweiligen Untersuchungen gesondert erwähnt.
16.4
Postprocessing
Bei den folgenden Beispielen wird die Spirale, außer ausdrücklich erwähnt, im »harten«, d. h. im Knochenalgorithmus gerechnet, und die Serien werden auch entsprechend betrachtet (»window center« 450 HE, »window width« 2 000 HE). Bei ausdrücklicher Fragestellung bezüglich der Weichteile, z. B. bei der Wirbelsäule zur Beurteilung der Bandscheibenfächer, ist ein »weicher« Algorithmus nötig und eine entsprechende Fensterung vorzunehmen (»window center« 60 HE, »window width« 400 HE). Rekonstruktionen sollten standardmäßig in 3 Ebenen und in 3-D erfolgen.
135 16.6 · Obere Extremität
16.5
Arthrographie
Es empfiehlt sich ein Vorgehen mit einem standardisierten Ablauf. Die Gelenkpunktion erfolgt kontrolliert entweder unter Durchleuchtung mittels CT oder Ultraschall. Die Aufklärung des Patienten ist Voraussetzung. Die Asepsis muss gewahrt werden, d. h. 3-malige Desinfektion mit jodhaltigem Hautdesinfektionsmittel, Mundschutz für den Patienten, den die Punktion ausführenden Radiologen und die MTRA. Zur Punktion größerer Gelenke wie des glenohumeralen Gelenks, des Kniegelenks und des Hüftgelenks hat sich die Verwendung von Injektionskanülen mit einem Durchmesser von 20 G bewährt. Kleinere Gelenke werden mit dünneren Nadeln (z. B. 21 G und 23 G) punktiert. Für die Handgelenkarthrographie verwenden die Autoren eine kurze 24-G-Nadel. Als Kontrastmittel empfiehlt sich die Verwendung eines niedrigosmolalen, nichtionischen, jodhaltigen Kontrastmittels (z. B. Iopamiro® 300 oder 200). Punktiert wird mit einer mit Lokalanästhetikum gefüllten Spritze zur lokalen Infiltrationsanästhesie und Prüfung der intraartikulären Lage der Nadel anhand des Injektionswiderstands. Lässt sich das Lokalanästhetikum mühelos injizieren, wird auf die mit Kontrastmittel gefüllte und einem Verlängerungsschlauch versehene Spritze (Spritzengröße je nach Gelenk 2–10 ml, Kniegelenk 20 ml) gewechselt. Der Schlauch sollte vorgängig luftleer gemacht werden. Unter Durchleuchtung wird nun langsam das Kontrastmittel injiziert und die intraartikuläre Nadellage mit einem Bild dokumentiert. Bei Bedarf wird die Nadel umplatziert. Die Injektion des restlichen Kontrastmittels erfolgt nun ohne Durchleuchtung. Praxistipp
Ist der Injektionswiderstand zunächst trotz gefühlt intraartikulärer Nadellage hoch, hilft manchmal ein geringes Drehen der Nadel. Bei jedem Wechsel, z. B. von der Spritze auf den Schlauch, mit der Kontrastmittelspritze immer zuerst den Konus der Nadel, welche im Gelenk steckt, mit 1–2 Tropfen Kontrastmittel füllen.
16.6
Obere Extremität
16.6.1
Schulter
16
Bei Schulterinstabilität, nach Traumata und bei (primären oder sekundären) degenerativen Gelenkerkrankungen gibt die CT Aufschluss über die knöcherne Form und Integrität der Gelenkpartner. Eine etwaige Glenoiddysplasie kann genau dargestellt werden. Die Version des Glenoids ist bei Schulterinstabilität und bei Prothesenplanung von Bedeutung (. Tab. 16.1). Die CT-Arthrographie liefert Aussagen über die Beschaffenheit der Knorpeloberfläche, die Integrität des Labrums und außerdem über die Integrität der Rotatorenmanschette. Die hierbei verwendete KM-Menge liegt zwischen 8 und 12 ml eines nichtionischen, niedrigosmolalen, jodhaltigen Kontrastmittels, z. B. Iopamiro® 300. > Für die Punktion des glenohumeralen Gelenks unter Durchleuchtung liegt der Patient auf dem Rücken. Die kontralaterale Schulter wird leicht angehoben. Der Arm der zu punktierenden Schulter wird nach außen rotiert, um die Gelenkkapsel zu entfalten.
Die Spirale der Schulter sollte das AC-Gelenk und das gesamte glenohumerale Gelenk, bei der Arthrographie den gesamten Kontrastmittelanteil erfassen. Bei liegender Prothese sollte diese ganz abgebildet sein. Die axiale Rekonstruktion der Skapula wird zur Messung der Glenoid-Version benötigt. Messung der Glenoid-Version (. Abb. 16.1) Axiale
Schicht auf halber Höhe durch das Glenoid. Die gestrichelte Linie B verbindet den Margo medialis der Skapula und die Glenoidmitte, Linie A ist die Tangente ans Glenoid, Linie C ist das Lot auf die Linie B. Die Glenoidversion (in diesem Fall eine Retroversion) ist der Winkel a zwischen der Linie A und C. Wichtig dabei ist, dass die axiale Schicht orthogonal zur Glenoidfläche rekonstruiert wird. Normwerte: 2 ± 5° (1 SD) Anteversion, Range 14° Anteversion bis 12° Retroversion. Diese Normwerte sind allerdings nicht als absolut zu betrachten. . Abb. 16.2 dokumentiert die intraartikuläre Nadellage bei der Kontrastmittelinjektion. . Abb.
136
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
. Tab. 16.1 Protokoll Schulter Lagerung
»Feet first supine«, aufzunehmende Schulter möglichst in Tischmitte, Zentrierung auf die Mitte der Schulter
Scan Schulter
FOV
250
Matrix
512
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
140
Pitch
0,924
mAs/Schicht
300
Rotationszeit (s)
1
Recon Schulter (Rohdaten)
Schichtdicke (mm)
0,9
Inkrement (mm)
0,45
Recon Schulter axial, sagittal, koronar
Schichtdicke (mm)
2
Inkrement (mm)
2
Recon Skapula axial
Schichtdicke (mm)
5
Inkrement (mm)
5
. Abb. 16.1 Glenoid-Versionsmessung . Abb. 16.2 Schulter-Arthrographie, DL-Bild
16
Ellbogen
16.1 zeigt die Glenoid-Versionsmessung anhand ei-
16.6.2
ner nativen Schulter-CT eines anderen Patienten. Außerdem zu sehen auf diesem Bild ist eine proximale Humerusfraktur mit mehreren Frakturlinien im Tuberkulum majus. . Abb. 16.3 zeigt die CT-Arthrographie eines glenohumeralen Gelenks in axialer und koronarer Rekonstruktion nach vorderer Schulterluxation. Der Knorpelüberzug glenoidal und humeral ist intakt, das Glenoid ist ebenfalls intakt und normal geformt, hingegen fehlt das anteroinferiore Labrum.
Die Spirale umfasst das gesamte Ellbogengelenk, je nach Fragestellung z. B. bei Frakturen auch Unterund Oberarm (. Tab. 16.2). Für die Arthrographie wird das humeroradiale Gelenk im seitlichen Strahlengang (in Supinationsstellung) punktiert. Die Kontrastmenge beträgt ca. 6 ml, bei Kapselschrumpfung etwas weniger. . Abb. 16.4 dokumentiert die intraartikuläre Nadellage bei der intraartikulären Kontrastmittelin-
137 16.6 · Obere Extremität
16
jektion ins rechte Ellbogengelenk im lateralen Zugang. . Abb. 16.5 zeigt die CT-Arthrographie eines Ellbogens in koronarer Rekonstruktion. Zu sehen ist eine schwere Arthrose humeroradial mit vollständig aufgebrauchtem Knorpelüberzug und mit subchondralen Zysten im Capitulum humeri.
16.6.3
Torsionsmessung der Ulna und des Radius
Bei Achsenfehlstellung der Vorderarmknochen, z. B. bei Konsolidation einer Fraktur in Fehlstellung, können mittels CT jeweils die Ulna und der Radius
a
b . Abb. 16.3 CT-Arthrographie Schulter. a axial, b koronar
. Abb. 16.4 Ellbogen-Arthrographie, DL-Bild
. Tab. 16.2 Protokoll Ellbogen Lagerung
»Feet first supine«, Bauchlage, Ellbogen gestreckt und möglichst im Isozentrum, Hand in Supinationsstellung
Scan Ellbogen
FOV
150
Matrix
512
Auflösung
Ultra hoch
Kollimation (mm)
20 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,75
mAs/Schicht
100
Rotationszeit (s)
0,75
Recon (Rohdaten)
Schichtdicke (mm)
0,67
Inkrement (mm)
0,33
Recon (PACS) axial, sagittal, koronar
Schichtdicke (mm)
2 (axial) 2 (koronar, sagittal)
Inkrement (mm)
2 (axial) 2 (koronar, sagittal)
138
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
Torsion der Ulna (rechts, . Abb. 16.7) Der Winkel zwischen proximaler und distaler Ulna wird bestimmt durch den Winkel zwischen Tangente an die volare Kortikalis des distalen Humerus auf Höhe des Capitulum und der Trochlea (Linie E in . Abb. 16.7a) und der Verbindungslinie zwischen Zentrum des Ulnaköpfchens und des Processus styloideus ulnae (Linie F in . Abb. 16.7b). Mithilfe dieser Methode wurde eine mittlere Radiustorsion von 11,7 ± 33,9° rechts und 12,3 ± 39,4° links ermittelt. Die mittlere Ulna-Torsion wurde mit 79.6°±15.7° für rechts und mit 78,6 ± 16,8° für links ermittelt. Obwohl in diesen Studien festgestellt wurde, dass Seitenunterschiede der Radiustorsion bis 34,5° und der Ulna-Torsion bis 31,9° möglich sind, sind die Torsionsmessungen dennoch bei extremen Fehlstellungen und korrelierender Symptomatik sinnvoll im Hinblick auf die Planung etwaiger Korrektureingriffe.
. Abb. 16.5 CT-Arthrographie Ellbogen, koronar
dargestellt sowie deren Winkel bestimmt werden. Vorgestellt wird die Methode nach Bindra (. Tab. 16.3). Die Spirale umfasst beide Arme vom Ellbogengelenk bis zum Handgelenk. Torsion des Radius (rechts, . Abb. 16.6) Der Winkel
zwischen distalem und proximalem Radius wird bestimmt durch den Winkel zwischen der Tangente an die Tuberositas radii (Linie A in . Abb. 16.6a) und einer Linie (Linie D in . Abb. 16.6b), welche den ulnaren und radialen Rand des proximalen Radius (Linie B und C in . Abb. 16.6b) halbiert.
16.6.4
Handgelenk
Die Spirale reicht von der Mitte der ossa metacarpalia bis 3 cm proximal des proximalen radioulnaren Gelenks (. Tab. 16.4). Von den Frakturen der Handwurzelknochen ist die Scaphoid-Fraktur die häufigste. Wird sie verpasst, kann das für den Patienten schwerwiegende Folgen haben, wie z. B. eine Pseudarthrose. Im Extremfall ist eine avaskuläre Nekrose meistens des proximalen Scaphoid-Fragments die Folge und im Verlauf die Ausbildung eines »SNAC-wrist«
. Tab. 16.3 Protokoll Vorderam – Rotationsmessung der Ulna und des Radius
16
Lagerung
»Head first supine«, Bauchlage, beide Arme über den Kopf strecken, Hände proniert flach auf dem Tisch. Kopf möglichst aus dem Ellbogenbereich platzieren
Scan Ellbogen
FOV
150
Matrix
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,924
mAs/Schicht
120
Rotationszeit (s)
0,75
Schichtdicke (mm)
5
Inkrement (mm)
5
Recon (Rohdaten)
512
139 16.6 · Obere Extremität
a
16
b
. Abb. 16.6 Radius proximal (a), distal (b)
a
b
. Abb. 16.7 Ulna proximal (a), distal (b)
(Scaphoid Nonunion Advanced Collapse, SNAC). Dünne Rekonstruktionen und insbesondere parasagittale Rekonstruktionen parallel zur ScaphoidLängsachse (Rekonstruktion nach Sanders) helfen dabei, keine Frakturen zu verpassen. Die Querfraktur des Os scaphoideum ist auf der parasagittalen Rekonstruktion einer nativen Handgelenk-CT (. Abb. 16.8a) sehr gut, auf der koronaren Rekonstruktion (. Abb. 16.8b) hingegen
kaum zu sehen. Die weiße Linie in . Abb. 16.8b markiert die parasagittale Rekonstruktionsebene in . Abb. 16.8a. Ist Osteosynthesematerial im zu untersuchenden Handgelenk vorhanden oder liegt eine absolute Kontraindikation zur MRT vor, ist die CT-Arthrographie eine gute Alternative. Für die Arthrographie der Handgelenkkompartimente empfiehlt sich folgendes Vorgehen: Der Patient ist in Bauch-
140
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
. Tab. 16.4 Protokoll Handgelenk Lagerung
»Head first«, Bauchlage, Handgelenk im Isozentrum, in allen 3 Ebenen möglichst gestreckt (»Superman-Stellung«), Zentrierung Mitte Handgelenk
Scan Handgelenk
FOV
150
Matrix
512
Auflösung
Ultra hoch
Kollimation (mm)
20 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,75
mAs/Schicht
100
Rotationszeit (s)
0,75
Recon (Rohdaten)
Schichtdicke (mm)
0,67
Inkrement (mm)
0,33
Recon (PACS) axial, sagittal (evtl. parasagittal), koronar
Schichtdicke (mm)
2 (axial) 1 (sagittal, koronar)
Inkrement (mm)
2 (axial) 1 (sagittal, koronar)
a
b
. Abb. 16.8 Parasagittale (a) und koronare (b) Rekonstruktion
16
lage, die Hand liegt flach über dem Kopf auf dem Untersuchungstisch auf. Zunächst Punktion des distalen radioulnaren Gelenks (DRUG) im apStrahlengang mit einer dünnen Nadel (z. B. 24 G). Unter Durchleuchtung wird das Gelenk mit ca. 1 ml Kontrastmittel (z. B. Iopamiro® 200) gefüllt und ein etwaiger Übertritt ins radiokarpale Kompartiment wird dokumentiert. In einem zweiten Schritt injizieren wir in analoger Vorgehensweise ca. 4 ml Kontrastmittel ins midkarpale Kompartiment, vorzugsweise zwischen Os lunatum – Os
triquetrum – Os trapezium – Os capitatum. Durch Radial- und Ulnarduktion und jeweils genaue ap-Einstellung des scapholunären (SL) und lunotriquetralen (LT) Gelenkspalts wird ein möglicher Kontrastmittelübertritt scapholunär oder lunotriquetral dokumentiert. Gegebenenfalls wird das radiokarpale Gelenk zusätzlich punktiert und arthrographiert, falls es sich weder vom DRUG noch von midkarpal her kontrastiert. In unserem Beispiel (. Abb. 16.9) erfolgte kein Kontrastmittelübertritt durch den SL- und LT-Gelenk-
141 16.6 · Obere Extremität
a
b
c
d
. Abb. 16.9 Arthrographie. a DRUG, b midkarpal, c SL-Gelenk, d LT-Gelenk
spalt nach radiokarpal. . Abb. 16.10 (gleicher Patient wie in . Abb. 16.9a) zeigt eine koronare Rekonstruktion der CT-Arthrographie eines Handgelenks bei Status nach Osteosynthese einer distalen Radiusfraktur mit einer posttraumatischen SL-Dehiszenz, einer TFC-Läsion und einer radiokarpalen Arthrose.
Praxistipp
Da das DRUG ein kleines Volumen aufweist (ca. 1,0–1,5 ml) darf bei der Punktion nicht zu viel Lokalanästhetikum injiziert werden, um genügend Platz für das Kontrastmittel zu lassen.
16
142
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
Zur Gelenkpunktion liegt der Patient auf dem Rücken, die zu untersuchende Seite ist leicht angehoben. Dadurch projizieren sich die Femoralgefäße etwas weiter weg vom Zugangsweg nach medial. Punktiert wird das Hüftgelenk von ventral, und zwar entweder der superolaterale Femurkopf oder der superomediale Schenkelhals. Beide Zugangswege sind bezüglich des diagnostischen Aussagewerts und der Sicherheit gleichwertig. Das postoperative Hüftgelenk sollte allerdings bevorzugt am Femurkopf punktiert werden, da synoviale Adhäsionen eine erfolgreiche Punktion auf den Schenkelhals verhindern können. . Abb. 16.11 dokumentiert die intraartikuläre Nadellage zu Beginn der Hüftarthrographie. . Abb. 16.12 zeigt eine koronare Rekonstruktion der CTArthrographie des linken Hüftgelenks. Zementplombe im Azetabulum mit Kontakt zum azetabulären Knorpel, die Knorpelkontur ist glatt. . Abb. 16.10 CT-Arthrographie Handgelenk, koronar
16.7.2 16.7
Untere Extremität
16.7.1
Hüftgelenk
Die Spirale umfasst je nach Fragestellung das ganze Hüftgelenk und je nach Fragestellung mehr oder weniger vom Femur und vom Becken (z. B. bei Frakturen, bei liegendem Osteosynthesematerial, . Tab. 16.5).
Beinlängenmessung, Rotation Femur und Tibia
Bei Gangstörung, z. B. bei Rotationsfehlstellung nach Frakturen, und vor Eingriffen zur Korrektur der Beinachsen sowie vor prothetischen Eingriffen kann mittels CT die Rotation des Femur und der Tibia bestimmt werden. Zusätzlich kann die Beinlänge gemessen werden; diese ist jedoch nicht gleichwertig mit der Beinlänge, gemessen am Orthoradiogramm am stehenden Patienten (. Tab. 16.6).
. Tab. 16.5 Protokoll Hüftgelenk
16
Lagerung
»Feet first supine«, Rückenlage, Becken möglichst ap, Beine leicht innen rotiert und fixiert, abzubildende Hüfte möglichst im Isozentrum
Scan Hüfte
FOV
300
Matrix
512
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,924
mAs/Schicht
300
Rotationszeit (s)
1
Recon Rohdaten
Schichtdicke (mm)
1,5
Inkrement (mm)
0,75
Recon (PACS) axial, sagittal, koronar
Schichtdicke (mm)
3 (axial) 2 (sagittal, koronar)
Inkrement (mm)
3 (axial) 2 (sagittal, koronar)
16
143 16.7 · Untere Extremität
. Abb. 16.11 Hüftarthrographie, DL-Bild
. Abb. 16.12 CT-Arthrographie Hüfte, koronar
. Tab. 16.6 Protokoll Beinlänge/Beinachsen, Torsion Femur/Tibia Lagerung
»Feet first supine«, Rückenlage, Beine gestreckt, symmetrisch, genau ap, Zentrierung Mitte Kniegelenk, oberhalb Beckenkamm
Scan
1. Spirale
Mitte Femurkopf bis Mittelpunkt Trochanter major
2. Spirale
Oberhalb Femurkondylen bis breiteste Stelle Fibulaköpfchen
3. Spirale
Ca. 2 cm oberhalb OSG bis Höhe OSG-Spalt
FOV
380
Matrix
512
Auflösung
Standard
Kollimation (mm)
16 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,938
mAs/Schicht Hüfte
200
Rotationszeit (s)
0,75
mAs/Schicht Knie
120
mAs/Schicht OSG
80
Recon Rohdaten
Schichtdicke (mm)
2,0
Inkrement (mm)
1,0
Recon Femurtorsion
1. Schicht: Der Femurkopf mit größtem Durchmesser ist gut sichtbar. 2. Schicht: Der Schenkelhals ist mit möglichst langer Längsachse dargestellt. 3. Schicht: Die Femurkondylen sind am besten darstellt. Die 3 Einzelbilder werden zur Messung bevorzugt zu einem Bild zusammengefügt (je nach Gerät Funktion »combine images«)
Recon Tibiatorsion
1. Schicht: Dorsale Begrenzung des Tibiaplateaus ist gut sichtbar. 2. Schicht: Fibula und Tibia knapp über dem OSG-Spalt
Beinlänge
Gemessen wird die Beinlänge am ap-Scout-Bild vom höchsten Punkt des Femurkopfs bis zur Mitte der distalen tibialen Gelenkfläche
144
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
. Abb. 16.13 Femurtorsion rechts
. Abb. 16.14 Tibiatorsion rechts
Messung Femurtorsion Bestimmt wird der Win-
Hingegen gestaltet sich die Bestimmung der tibialen Komponente schwieriger und die Messmethoden sind weniger gut reproduzierbar. Im Folgenden wird die modifizierte Methode nach Berger verwendet (. Tab. 16.7).
kel zwischen einer Linie, welche das Zentrum des Femurkopfs und die Mitte des Schenkelhalses verbindet (Linie A in . Abb. 16.13), und der Tangente an die Femurkondylen (Linie B in . Abb. 16.13). Messung Tibiatorsion Bestimmt wird der Winkel
zwischen der Tangente an die dorsale Begrenzung des Tibiaplateaus (Linie D in . Abb. 16.14) und einer Linie durch die Mitte der Fibula und der Tibia knapp über dem OSG-Spalt (Linie C in . Abb. 16.14). Die femorale Antetorsion beträgt normalerweise 10,4 ± 6,2° (SD), die tibiale Torsion 41,7 ± 8,8° (SD); die Seitendifferenz beträgt 6,1 ± 4,5° (SD).
16 16.7.3
Rotationsmessung der Prothesenkomponenten nach Knie-Totalendoprothese
Eine fehlerhafte Rotationstellung der femoralen und der tibialen Prothesenkomponente ist eine der Ursachen von Beschwerden nach Einsetzen einer Knie-TEP. Die Bestimmung der femoralen Komponente ist gut reproduzierbar und die unten geschilderte Methode liefert verlässliche Resultate.
Rotationsmessung der femoralen Komponente Winkel zwischen Tangente an die posterioren Prothesenkondylen (Linie D in . Abb. 16.15) und
der Verbindungslinie zwischen Epicondylus lateralis und Epicondylus medialis (Linie E in . Abb. 16.15) 3 cm proximal des Kniegelenkspalts. Rotationsmessung der tibialen Komponente Zur Tangente an die Hinterfläche der tibialen Komponente (Linie A in . Abb. 16.16) wird eine Senkrechte, welche durch die Mitte der tibialen Komponente führt, eingezeichnet (Linie B in . Abb. 16.16). Der Winkel wird gebildet durch diese Senkrechte und die Verbindungslinie zwischen Prothesenschaftmitte und der Mitte der Tuberositas tibiae (Linie C in . Abb. 16.16). Das folgende Protokoll eignet sich zur Frakturdiagnostik und für die CT-Arthrographie des Kniegelenks (. Tab. 16.8). . Abb. 16.17 präsentiert ein Durchleuchtungsbild zu Beginn der Kontrastmittelinjektion. Status nach Osteosynthese einer Tibiaplateau-Fraktur. . Abb. 16.18 (gleicher Patient) zeigt eine koronare
16
145 16.7 · Untere Extremität
. Tab. 16.7 Protokoll Knie-Totalendoprothese (Knie-TEP) Lagerung
»Feet first supine«, Rückenlage, Beine gestreckt, symmetrisch, genau ap, Zentrierung Mitte Kniegelenk
Scan
Spirale durch die Femurkondylen und die Tibia bzw. Patellaoberrand bis Tuberositas tibiae. Immer beide Knie und die ganze Prothese abbilden FOV
300
Matrix
512
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,924
mAs/Schicht
250
Rotationszeit (s)
0,75
Recon Rohdaten
Schichtdicke (mm)
0,9
Inkrement (mm)
0,9
Recon femorale Komponente
1. Schicht: gut sichtbare Epikondylen und Kondylen beidseits
Recon tibiale Komponente
2. Schicht: gut sichtbare Prothesenhinterfläche 3. Schicht: gut sichtbare Tuberositas tibiae und Prothesenschaft
. Abb. 16.15 Messung femorale Komponente
. Abb. 16.16 Messung tibiale Komponente
Rekonstruktion der CT-Arthrographie mit Darstellung von 2 tiefen Knorpelfissuren des lateralen Tibiaplateaus, in welche das Kontrastmittel eintritt. Die Meniskuskontur ist beidseits glatt.
16.7.4
TAGT
Bei Patellainstabilität und rezidivierenden Patellaluxationen wird die TAGT-Distanz bestimmt (Tubérosité Antérieure Gorge Trochléenne, TAGT). Zusätzlich kann eine 2. Spirale mit angespanntem M. quadriceps femoris gefahren werden (der Patient hebt dabei die Füße bei gestreckten Kniegelenken knapp vom Tisch), und zwar ober-
146
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
. Abb. 16.17 Arthrographie Kniegelenk
. Abb. 16.18 CT-Arthrographie, koronar
. Tab. 16.8 Protokoll Kniegelenk
16
Lagerung
»Feet first supine«, Rückenlage, aufzunehmendes Bein gestreckt und exakt ap, möglichst in der Tischmitte. Nicht aufzunehmendes Bein mit einem Keil höher lagern
Scan Knie
FOV
400
Matrix
512
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,924
mAs/Schicht
150
Rotationszeit (s)
0,75
Recon Rohdaten
Schichtdicke (mm)
0,9
Inkrement (mm)
0,45
Recon (PACS) axial, sagittal, koronar
Schichtdicke (mm)
2 (axial) 2 (sagittal, koronar)
Inkrement (mm)
2 (axial) 2 (sagittal, koronar)
halb der Patella bis auf Höhe des Kniegelenkspalts. Dadurch kann die Luxationstendenz der Patella abgeschätzt werden (. Tab. 16.9). Messung der TAGT-Distanz Gemessen wird der Abstand (Linie A in . Abb. 16.19) vom Lot auf die Tan-
gente an die Femurkondylen (Linie B in Bild 19) jeweils durch den tiefsten Punkt der Trochlea (Linie C in . Abb. 16.19) und durch die Mitte der Tuberositas tibiae (Linie D in . Abb. 16.19). Die TAGT-Distanz kann als pathologisch eingestuft werden ab Werten > 20 mm. Mittelwert bei über 65-jährigen Patienten von 13 mm mit einer Range von 17 bis 7 mm.
Anhand des Vergleichs der CT-Serie mit (. Abb. 16.20a) und ohne (. Abb. 16.20b) Anspannung des M. quadriceps femoris kann eine qualitative Abschätzung der Patella-Führung (»patellar tracking«) gemacht und z. B. ein prä- und postoperativer Vergleich angestellt werden.
16.7.5
Oberes Sprunggelenk (OSG)
Je nach Fragestellung umfasst die Spirale das ganze OSG und mehr oder weniger vom Unterschenkel (z. B. bei einer distalen Tibia-Fraktur). Die Parame-
147 16.8 · CT-Myelographie
16
. Tab. 16.9 Protokoll TAGT Lagerung
»Fett first supine«, beide Beine gestreckt, symmetrisch gelagert (genau ap) und fixiert, Zentrierung Mitte Kniegelenk
Scan
1. Spirale: oberhalb der Patella bis zur Tuberositas tibiae (4 cm unterhalb des Kniegelenks) in entspannter Position 2. Spirale: oberhalb der Patella bis zum Kniegelenkspalt (Ende Femur) mit Anspannung des M. quadriceps femoris (der Patient soll die Füße knapp vom Tisch hochheben) FOV
380
Matrix
512
Auflösung
Standard
Kollimation (mm)
16 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,938
mAs/Schicht
150
Rotationszeit (s)
0,75
Recon Rohdaten
Schichtdicke (mm)
2,0
Inkrement (mm)
1,0
Recon PACS
Schichtdicke (mm)
2,0
Inkrement (mm)
2,0
Recon TAGT
1. Schicht: Femur mit tiefstem Punkt der Trochlea femoris jeweils rechts und links. Die Patella sollte noch ein wenig sichtbar sein. 2. Schicht: Am besten sichtbare Tuberositas tibiae jeweils rechts und links. Zusammenfügen der Einzelbilder mit der Funktion »combine images«
Aufnahmen Fuß dp). Das andere Bein wird max. angewinkelt (. Tab. 16.10). Zur Gelenkpunktion wird der Patient auf dem Rücken gelagert. Das OSG wird von ventral punktiert, gezielt wird auf die laterale Talusschulter. Die Kontrastmittelmenge beträgt ca. 6 ml. > Im Gegensatz zu den anderen bisher beschriebenen CT-Arthrographien sollte bei der OSG-Arthrographie der Transfer des Patienten in die CT liegend erfolgen. . Abb. 16.21 zeigt die Punktion und Arthrographie eines rechten OSG. . Abb. 16.22 zeigt eine koro-
nare Rekonstruktion der CT-Arthrographie eines rechten OSG (derselbe Patient). Gut zu erkennen ist die osteochondrale Läsion der lateralen Talusschulter. . Abb. 16.19 TAGT
16.8
ter für den Vorfuß sind die gleichen. Allerdings unterscheidet sich die Lagerung: Das zu untersuchenden Bein wird im Knie gebeugt. Der Fuß wird mit der Fußsohle aufliegend in der Schädelschale gelagert und gut fixiert (analog zur konventionellen
CT-Myelographie
Die Punktion des Spinalkanals erfolgt unter Durchleuchtung im Liegen in Seitenlage oder im Sitzen, in größtmöglicher Inklination (»Katzenbuckel«). Liegt keine Schichtbildgebung vor, welche die genaue
148
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
a
b
. Abb. 16.20 CT-Serie mit (a) und ohne (b) Anspannung des M. quadriceps femoris
. Tab. 16.10 Protokoll OSG
16
Lagerung
»Feet first supine«, Rückenlage, OSG in der Schädelschale lagern und gut fixieren. Das nicht aufzunehmende Bein ist max. angewinkelt, Zentrierung Mitte OSG
Scan Ellbogen
FOV
150
Matrix
512
Auflösung
Ultra hoch
Kollimation (mm)
20 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
120
Pitch
0,75
mAs/Schicht
100
Rotationszeit (s)
0,75
Recon (Rohdaten)
Schichtdicke (mm)
0,67
Inkrement (mm)
0,33
Recon (PACS) axial, sagittal, koronar
Schichtdicke (mm)
2 (axial) 1 (sagittal, koronar)
Inkrement (mm)
2 (axial) 1 (sagittal, koronar)
Lage der Konusspitze dokumentiert, sollte unterhalb LWK 2, z. B. LWK 2/3 oder tiefer, punktiert werden, um eine Punktion des Konus zu vermeiden. Um die Mittellinie zu bestimmen, werden die Dornfortsätze palpiert. Um die genaue Höhe des Segments zu bestimmen, hält man z. B. eine Metallklemme an die Haut des Patienten zwischen 2 Dornfortsätzen und bestätigt die Lage unter Durchleuchtung. Bei erfolgreicher Punktion des Duralsacks sollte spontaner Liquorfluss nachweisbar sein, sichtbar im Konus der Nadel (z. B. eine 22-G-Spinalnadel). Als Kontrastmittel hat sich eine 1:1-Mi-
schung aus Iopamiro® 200 und Iopamiro® 300 bewährt. Der Beginn der Injektion erfolgt unter Durchleuchtung, um die intrathekale Nadellage und die freie Verteilung des Kontrastmittels im Duralsack zu dokumentieren. Verteilt sich das Kontrastmittel nicht intrathekal oder stoppt es auf einer bestimmten Höhe aufgrund einer hochgradigen Stenose, wird die Injektion gestoppt. Ansonsten werden langsam (ca. 2 ml/min) unter gelegentlicher Durchleuchtungskontrolle 17–20 ml des Kontrastmittels injiziert. Nach der Injektion erfolgen Aufnahmen in seitlicher und a.p.-Projektion sowie in
149 16.8 · CT-Myelographie
. Abb. 16.21 Arthrographie OSG
16
. Abb. 16.22 CT-Arthrographie, koronar
. Tab. 16.11 Protokoll CT-Myelographie Lagerung
»Feet first supine«, Zentrierung Mitte LWS
Scan
FOV
200
Matrix
512
Auflösung
Hoch
Kollimation (mm)
40 × 0,625
Röhrenspannung (kV)
140
Pitch
0,924
mAs/Schicht
300
Rotationszeit (s)
1,0
Schichtdicke (mm)
1,0
Inkrement (mm)
0,5
Schichtdicke (mm)
3,75
Inkrement (mm)
15
Schichtdicke (mm)
2 (axial) 2 (sagittal, koronar)
Inkrement (mm)
2 (axial) 2 (sagittal, koronar)
Recon (Rohdaten)
Recon (PACS) axial, sagittal, koronar
gering angewinkelter Position (ca. 20° RAO/LAO), um die jeweiligen Nervenwurzeln optimal darzustellen, sowie seitliche Funktionsaufnahmen in Inklination und Reklination. Im Anschluss erfolgt die CT-Untersuchung der Wirbelsäule (. Tab. 16.11). Die kraniokaudale Ausdehnung der Spirale richtet sich nach der Fragestellung bzw. nach der Anzahl und Höhe der betroffenen Segmente. Die Bildanalyse der CT-Myelographie beginnt bereits anhand der konventionellen Aufnahmen und der Funktionsaufnahmen. Auf letzteren kann eine Segmentinstabilität (Retro- oder Anterolisthese > 3 mm) erfasst werden. Beurteilt werden außerdem Nervenwurzelamputation sowie die freie Ver-
teilung des Kontrastmittels im Duralsack ober- und unterhalb der Injektionsstelle. In der anschließenden CT-Untersuchung können die einzelnen Segmente hinsichtlich Facettengelenkarthrose, Bandscheibendegeneration, foraminaler Engen und Spinalkanalstenose sowie die Ursache der Einengung (ossär, diskogen, ligamentär oder kombiniert) genauer beurteilt werden. Eine Limitation bezüglich Darstellung des Spinalkanals und der Neuroforamina besteht dann, wenn der Spinalkanal auf einer Segmenthöhe sehr eng ist und das Kontrastmittel nicht den gesamten Duralsack auf der gewünschten Länge kontrastiert.
150
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
> Kurz vor der Untersuchung den Patienten auf den Bauch drehen lassen, damit sich das Kontrastmittel gut im Duralsack verteilt. Die CT-Untersuchung sollte nicht später als 2–4 h nach Kontrastmittelinjektion erfolgen. . Abb. 16.23 dokumentiert im seitlichen Strahlengang die Position der Nadel und das freie Ausfließen des Kontrastmittels kranial und kaudal der Punktionsstelle auf Höhe LWK 3/4. . Abb. 16.24 zeigt die CT-Myelographie in sagittaler und axialer Rekonstruktion mit lumbaler Segmentdegeneration auf mehreren Ebenen, besonders schwer LWK 4 bis SWK 1 mit Osteochondrosen, Spondylarthrosen sowie breitbasigen Diskusprotrusionen und konsekutiver zentraler diskogener und ligamentärer schwerer Spinalkanalstenose LWK 4/5.
16.9
Bei der Beurteilung der muskuloskelettalen CT-Untersuchungen kommt es in erster Linie auf die Beurteilung der Knochen an. In einem zweiten Schritt
. Abb. 16.23 Myelographie
16
a
Systematische Bildanalyse
b
. Abb. 16.24 CT-Myelographie. a sagittal, b axial auf Höhe LWK4/5
151 16.10 · Weiterführende Literatur
sollten aber immer unbedingt auch die Weichteile beurteilt werden, z. B. hinsichtlich Weichteilverkalkungen, Raumforderungen, Hämatomen etc. Die Muskulatur kann bezüglich Volumen und Qualität (Atrophie, Verfettung) beurteilt werden. Praxistipp
Bei der Beurteilung von Frakturen und der Lage von Osteosynthesematerial sollte nebst den Standardrekonstruktionen stets die multiplanare Reformation auf der Konsole benutzt werden.
Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Knochen 4 Frakturen – Stufenbildung der Kortikalis? – Dislokation? – Intraartikulärer Frakturverlauf? – Intraartikuläre Frakturfragmente? – Kongruenz der Gelenkflächen? – Nachbarschaft zu Gefäßen? 4 Arthrographie – Knorpeldefekte? – Labrum intakt? – Gelenkkapsel/Rotatorenmanschette intakt? – Osteophyten? 4 CT-Myelographie – KM fließt frei im Duralsack aus? – Spinalkanalstenose? – Neuroforamina eingeengt (ossär, ligamentär, diskogen)? 4 Osteosynthese/Prothesen – Material intakt? – Lockerung? – Fraktur/Osteotomie konsolidiert? – Fehlstellung? 4 Knochentumoren – Osteolyseart (nach Lodwick)? – Sklerosierung? – Tumormatrix (chondrogen, osteogen)? 6
16
– Kortikalis intakt/ausgedünnt/unterbrochen? – Periostreaktion? – Weichteilkomponente? Weichteile 4 Gefäße – Atherosklerose, Aneurismata? 4 Muskulatur – Volumen bzw. Atrophie? Verfettung? 4 Raumforderung – Weichteiltumor? – Hämatom/Flüssigkeitskollektion? – Fremdkörper? – Heterotope Ossifikationen/Verkalkungen?
16.10
Weiterführende Literatur
Agaki M, Yamashita E, Nakagawa T, Asano T, Nakamura T (2001) Relationship between frontal knee alignement and reference axes in the distal femur. Clin Orthop 388: 147–156 Berger RA, Crossett LS, Jacobs JJ, Rubash HE (1998) Malrotation causing patellofemoral complications after total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 356: 144–153 Bindra RR, Cole JR, Yamaguchi K, Evanoff BA, Pilgrim TK, Gilula LA, Gelberman RH (1997) Quantification of the Radial Torsion Angle with Computerized Tomography in Cadaver Specimens. J Bone Joint Surg Am 79: 833–837 Dumont CE, Pfirrmann CWA, Ziegler D, Nagy L (2006) Assessment of Radial and Ulnar Torsion Profiles with Cross-Sectional Magnetic Resonance Imaging. J Bone Joint Surg Am 88: 1582–1588 Friedman RJ, Hawthorne KB, Genez BM (1992) The use of computerized tomography in the measurement of glenoid version. J Bone Joint Surg Am 74: 1032–1037 Kristiansen LP, Gunderson RB, Steen H, Reikeras O (2001) The normal development of tibial torsion. Skeletal Radiol 30(9): 519–522 Lewis GS, Armstrong AD (2011) Glenoid spherical orientation and version. J Shoulder Elbow Surg 20: 3–11 Muhle C, Brossmann J, Heller M (1998) Kinematic CT and MR imaging of the patellofemoral joint. Eur Radiol 9: 508–518 Rimondi E, Molinari M, Moio A, Busacca M, Trentani F, Trentani P, Tigani D, Nigrisoli M. (2000) Computerized tomography assessment of femoral and tibial rotation in total knee prosthesis. Radiol Med 99(6): 420–425 Roth C, Papanagiotou P, Krick C, Reith W, Grunwald IQ (2006) Stellenwert von Myelographie, Myelo-CT und MRT in der Diagnostik der zervikalen Radikulo- und Myelopathien. Der Radiologe 46: 993–1000
152
Kapitel 16 · Muskuloskelettales System, inkl. CT-Myelographie
Sanders WE (1988) Evaluation of the humpback scaphoid by computed tomography in the longitudinal axial plane of the scaphoid. Journal Hand Surg Am 13(2): 182–187 Saudan M, Fritschy D (2000) [AT-TG (anterior tuberosity-trochlear groove): interobserver variability in CT measurements in subjects with patellar instability]. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 86(3): 250–255 Schneider B, Laubenberger J, Jemlich S, Groene K, Weber HM, Langer M (1997) Measurement of femoral antetorsion and tibial torsion by magnetic resonance imaging. Br J Radiol 70: 575–579 Suter T, Zanetti M, Schmid M, Romero J (2006) Reproducibility of measurement of femoral component rotation after total knee arthroplasty using computer tomography. J Arthroplasty 21(5): 744–748 Victor J (2009) Rotational alignment of the distal femur: A literature overview. Orthop Traumatol Surg Res 95: 365–372
16
17
Polytrauma Hatem Alkadhi und Thomas Frauenfelder
17.1 Einleitung
– 154
17.2 Definition Polytrauma
– 154
17.3 Management des Polytraumas
– 154
17.4 Einsatz der Radiologie beim Polytrauma 17.5 Indikationen zur Ganzkörper-CT 17.6 Protokolle
– 154
– 155
– 155
17.7 Rekonstruktionen
– 156
17.8 Patientenvorbereitung und -lagerung 17.9 Systematische Bildanalyse
– 158
– 160
17.10 Strahlendosisaspekte bei der Ganzkörper-CT 17.11 Weiterführende Literatur
– 162
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_17, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 161
154
Kapitel 17 · Polytrauma
17.1
Einleitung
Traumatisch bedingte Todesfälle stellen die häufigste Todesursache von Menschen unter 45 Jahren dar. Nichtsdestotrotz ist die Morbidität und Mortalität nach Traumata in den letzten Jahren kontinuierlich gesunken. Dies liegt v. a. an der immer schnelleren und optimierten Behandlung sowie an der kontinuierlich verbesserten bildgebenden Diagnostik. Die Behandlung von Traumapatienten erfordert eine schnelle und umfassende Diagnostik und Bestandsaufnahme möglichst aller vorhandenen Verletzungen. Bei Schwer- oder mehrfach Verletzten besitzt der Faktor Zeit eine herausragende Bedeutung für die Prognose des Patienten. Neben der klinischen Untersuchung werden in den allermeisten Fällen bildgebende radiologische Verfahren angefordert. Diese folgen üblicherweise einem definierten Stufenschema, das meist mit konventionellen Röntgenaufnahmen und Ultraschall beginnt und mit der CT fortgeführt wird. Aktuelle Entwicklungen in der Bildgebung des Polytraumapatienten deuten auf eine zunehmende Anwendung der Ganzkörper-CT hin. Hierbei spielen Strahlenschutzaspekte eine besondere Rolle, da es sich bei Polytraumapatienten in der Regel um relativ junge Patienten (Altersschnitt ca. 40 Jahre) handelt.
17.3
Im Management des Polytraumas werden die folgenden Phasen unterschieden: 4 präklinische Phase und 4 klinische Phase. Die klinische Phase kann weiter wie folgt eingeteilt werden: 1. Akut-Reanimationsphase a. Lebensrettende Sofortmaßnahmen und lebensrettende Operationen mit b. Notfalldiagnostik c. Notfalltherapie 2. Primärphase (1. Stabilisierungsphase) a. Erweiterte Notfalldiagnostik, Schockraumdiagnostik b. Notfalltherapie c. Notfalloperationen 3. Sekundärphase (2. Stabilisierungsphase) a. Intensivtherapie b. Weitere Diagnostik c. Dringliche Operationen 4. Tertiärphase (Rehabilitationsphase) a. Aufgeschobene Operationen b. Rehabilitationsmaßnahmen
17.4 17.2
17
Management des Polytraumas
Einsatz der Radiologie beim Polytrauma
Definition Polytrauma
Das Polytrauma wird wie folgt definiert: Verletzung mehrerer Körperregionen oder von Organsystemen, wobei wenigstens eine Verletzung oder die Kombination mehrerer Verletzungen 4 vital bedrohlich ist und 4 eine Verletzungsschwere gemäß Injury Severity Score (ISS) ≥ 16 Punkte aufweist. Zu unterscheiden ist das Polytrauma von der Mehrfachverletzung ohne vitale Bedrohung oder der schweren, lebensbedrohlichen Einzelverletzung (Monotrauma).
Die Radiologie besitzt einen zentralen Stellenwert in der frühen klinischen Diagnostik des Polytraumas. Hier findet klassischerweise ein abgestufter Einsatz verschiedener bildgebender Modalitäten statt (gemäß Empfehlungen der DGU, www.dguonline.de/de/leitlinien/polytrauma.jsp): Ultrasonographie
4 Abdomen 4 Thorax Konventionelles Röntgen
4 Thorax a.p. 4 Becken a.p. 4 HWS seitlich
155 17.6 · Protokolle
Computertomographie
4 Schädel-CT bei progedienten Hirndruckzeichen und fehlenden Hinweisen auf lebensbedrohliche Blutung in Thorax und Abdomen Oftmals wird nachfolgend eine weiterführende Bildgebung erforderlich: Konventionelles Röntgen
4 Schädel in 2 Ebenen 4 HWS in 2 Ebenen (inkl. Darstellung des Dens axis und von HWK 7) 4 BWS in 2 Ebenen 4 LWS in 2 Ebenen 4 Extremitäten in Abhängigkeit vom Verletzungsmechanismus und der klinischen Untersuchung
17
4 Computertomographie des Beckens (additiv) bei 5 Beckenringfraktur, 5 Azetabulumfraktur. Betrachtet man die oftmals ungenügende Qualität – und somit verminderte diagnostische Aussagekraft – der initialen Diagnostik mit Ultrasonographie und konventionellem Röntgen, ist es naheliegend, bereits primär eine Computertomographie von Schädel, HWS, Thorax und Abdomen (= Ganzkörper-CT) durchzuführen. Dadurch kann theoretisch lebenswichtige Zeit durch das Weglassen der Ultrasonographie und der konventionellen Bildgebung gespart werden.
17.5
Indikationen zur Ganzkörper-CT
Computertomographie Voraussetzung für eine CT-
Untersuchung ist ein kreislaufstabiler Patient ohne vordringliche Notoperation. Indikationen sind u. a.: 4 Computertomographie des Schädels bei 5 Pupillendifferenz, 5 primärer Bewusstlosigkeit (GCS < 10), 5 fokalen neurologische Läsionen, 5 offenen Verletzungen des Schädels, 5 fehlender neurologischer Beurteilbarkeit des Verletzten, 5 Verschlechterung des neurologischen Status. 4 Computertomographie des Thorax u. a. bei 5 Mediastinalverbreiterung, 5 Beatmungsproblemen, 5 instabilem Thorax, 5 Rippenserienfrakturen, 5 Lungenkontusion, 5 instabilen thorakalen Wirbelfrakturen, 5 Verdacht auf Zwerchfellruptur. 4 Computertomographie des Abdomen bei 5 klinischem oder sonographischem Verdacht auf eine intraabdominale Verletzung ohne dringliche Operationsindikation, 5 Nicht sicherer Beurteilbarkeit im Ultraschall. 4 Computertomographie der Wirbelsäule bei 5 Querschnittsymptomatik, 5 peripheren Ausfällen.
Die Indikation zu einer Ganzkörper-CT bei einem polytraumatisierten Patienten wird in der Regel vom Traumatologen in Zusammenarbeit mit dem Anästhesisten gestellt. In jüngster Zeit lässt sich eine zunehmend niedrigere Hemmschwelle zur Indikationsstellung zur Ganzkörper-CT feststellen. Hier spielen auch zunehmend medikolegale bzw. forensische Aspekte eine Rolle. Umso mehr ist es die vordringlichste Aufgabe des Radiologen, die Strahlenexposition des Patienten bei einer Ganzkörper-CT auf das niedrigstmögliche Niveau zu bringen, ohne dabei die diagnostische Bildqualität außer Acht zu lassen. > Aufgrund der steigenden Zahl von Ganzkörper-CT-Untersuchungen bei Polytraumatisierten ist die Optimierung des Protokolls mit einer Minimierung der Strahlenexposition unter Beibehaltung der diagnostischen Bildqualität das vordringlichste Ziel des Radiologen.
17.6
Protokolle
Die Diagnostik schwerverletzter und akut vital gefährdeter Patienten mit Verletzungen mehrerer Körperregionen stellt eine der anspruchsvollsten Aufgaben in der Radiologie dar. Um das gesamte Verletzungsausmaß des Patienten möglichst schnell
156
Kapitel 17 · Polytrauma
zu erkennen, empfiehlt sich die Durchführung einer Ganzkörper-CT. Zu bemerken ist, dass sich der Begriff »Ganzkörper-CT« durchgesetzt hat, obgleich die Untersuchung lediglich den Körper vom Schädel bis zur Symphyse bzw. zum Trochanter minor abdeckt. Mit Einsatz moderner CT-Technik und effizienter Protokolle sollte diese Untersuchung in der Mehrzahl der Fälle innerhalb von 30 min nach Eintreffen des Patienten im Krankenhaus abgeschlossen und befundet sein. > Das Ziel einer Ganzkörper-CT beim Polytraumapatienten ist es, die Diagnose/n spätestens 30 min nach Eintreffen des Patienten im Notfall/Schockraum zu stellen.
Die Untersuchung besteht üblicherweise aus einer nativen CT des Schädels, oftmals in Kombination mit einer Untersuchung des Mittelgesichts sowie der HWS, gefolgt von einer kontrastverstärkten arteriellen (oder gemischt arteriovenösen) Untersuchung des Thorax und einer portalvenösen CT des Abdomens und des Beckens (. Tab. 17.1). Alternativ kann die HWS auch zusammen mit der Thoraxspirale untersucht werden. Je nach Klinik ist zusätzlich eine arterielle Gefäßdarstellung vom Schädel/ Hals oder von anderen Körperregionen (v. a. Extremitäten) indiziert. > Um die Strahlendosis zu reduzieren, kann der Thorax und das Abdomen in einer Spira6
le in einer (portal)venösen Phase untersucht werden. Dadurch entfällt die doppelte Exposition von Teilen des Oberbauchs.
Um die Geschwindigkeit der Untersuchung zu steigern, sollte der Schädel (und das Mittelgesicht) als Spirale angefertigt werden. Die Abdomenuntersuchung muss immer das komplette knöcherne Becken beinhalten und kann bei Bedarf nach kaudal erweitert werden, um zusätzliche Verletzungen der unteren Extremitäten weiter abzuklären. Bei Verdacht auf eine Kontusion oder Lazeration einer Niere empfiehlt sich die Durchführung einer Spätphase (nach ca. 10 min), um einen möglichen Austritt von Kontrastmittel als Zeichen einer Mitverletzung des Nierenbeckenkelchsystems zu diagnostizieren bzw. auszuschließen (. Abb. 17.1).
17.7
Rekonstruktionen
Eine Ganzkörper-CT produziert eine erhebliche Zahl von Bildern. Die Nachverarbeitung und Rekonstruktionen der Bilder sind zeitaufwändig und können die initiale Diagnose verzögern. Ebenso kann die Übertragung der Bilder in das Archiv (PACS) eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen (7 Kap. 7). Es kann es ratsam sein, für spezifische Regionen etwas dickere Schichten zu rekonstruieren. So haben sich Rekonstruktionen von axialen Schichten
17
a . Abb. 17.1 Nierenlazeration am rechten Oberpol mit einer Ausdehnung > 1 cm (a, Pfeil), jedoch ohne Mitverletzung
b des Nierenbeckenkelchsystems (b, Spätphase nach 10 min), somit einer AAST-Grad-III-Nierenverletzung entsprechend
157 17.7 · Rekonstruktionen
17
. Tab. 17.1 Beispiel-Protokollparameter für eine Ganzkörper-CT beim Polytraumapatienten mit 16-Zeiler und neueren CT-Generationen Standard Protokoll
Dosissparendes Protokoll
Rotationszeit (s)
0,5
–
Kollimation (mm)a
0,6–0,625, je nach CT-Scannertyp
–
Schädel (Mittelgesicht)
Kippung
0°
–
Röhrenspannung (kV)
120
–
mAs-Produkt (moduliert)
100–320
–
Pitch
1
–
HWS
–
–
Rotationszeit (s)
0,5
–
Kollimation (mm) a
0,6–0,625, je nach CT-Scannertyp
–
Kippung
0°
–
Röhrenspannung (kV)
120b
–
mAs-Produkt (moduliert)
100–320
–
Pitch
1
– Thorax- und Abdomenspiralec inkl. ossärer Strukturen
Thorax inkl. BWS und Rippenthorax Rotationszeit (s)
0,5
Kollimation (mm)a
0,6–0,625, je nach CT-Scannertyp
0,5 0,6–0,625, je nach CT-Scannertyp
Röhrenspannung (kV)
120b
120b
mAs-Produkt (moduliert)
50–350
50–350
Pitch
1–1,5
1–1,5
KM-Menge (ml)
120
120
NaCl-Bolus (ml)
30
30
Flussrate (ml/s)
3–4
3–4
Bolustracking
Monitoring thorakale Aorta
Monitoring thorakale Aorta
Delay nach KM
3 s nach Erreichen des thresholds (= arterielle Phase), fakultativ auch gemischt venös-arterielle Phase
60 s nach Erreichen des Thresholds
Abdomen incl. Becken/LWS Rotationszeit (s)
0,5
–
Kollimation (mm)a
0,6–0,625, je nach CT-Scannertyp
–
Röhrenspannung (kV)
120b
–
mAs-Produkt (moduliert)
50–350
–
Pitch
1–1,5
–
Delay nach KM
ca. 50 s nach Thorax (= portovenöse Phase)
–
Bei Nierenkontusion/-lazeration/-hämatom zusätzliche Spätphase nach 10 min
–
a
Es empfiehlt sich die Datenakquisition mit einer dünnen Kollimation Niedrigere Röhrenspannung bei jüngeren und/oder schlanken Patienten c Thorax und Abdomen in einer (portal)venösen Spirale zur Dosisreduktion KM Kontrastmittel b
158
Kapitel 17 · Polytrauma
. Tab. 17.2 Beispiele für Rekonstruktionen der Polytrauma-Ganzkörper-CT Rekonstruktionen
Axial
Koronar
Sagittal
Schädel
3 mm WT 2 mm K
3 mm WT 2 mm K
3 mm WT 2 mm K
Thorax
3 mm WT, L
–
–
3 mm K
–
–
Sternum
–
–
2 mm K
Abdomen
3 mm WT
–
–
HWS/BWS/ LWS/ Beckena
2 mm K
3 mm K
3 mm K
a mit fokussiertem Field-of-View WT Weichteile, K Knöcherne Strukturen, L Lunge
mit einer Schichtdicke von 3–5 mm sowie sagittale und koronare MPR mit 3-mm-Schichtdicke in einem weichen und harten Faltungskern bewährt (. Tab. 17.2). Ebenso wird empfohlen, die initiale Befundung direkt an einer der CT-Steuerkonsole angeschlossenen Workstation vorzunehmen. Auf dieser kann das Bildmaterial als Volumendatensatz schnell und unkompliziert vom Radiologen in beliebigen Schichtdicken, Orientierungen und Rekonstruktionsmodi betrachtet werden (7 Kap. 5).
17.8
17
Patientenvorbereitung und -lagerung
Polytraumapatienten kommen oftmals auf Transportschienen, Lagerungsmatten, Vakuummatratzen oder mit Halskrausen in den Schockraum. Falls diese bei der CT beibehalten werden müssen, bedingt dies eine teilweise erhebliche Reduktion der Bildqualität, welche am ehesten über eine Erhöhung der Dosis (z. B. der Röhrenspannung) ausgeglichen werden kann. Aus radiologischer Sicht ist jedoch zu empfehlen, auf jegliche Lagerungsutensilien zu verzichten. Zudem können Artefakte durch Elektroden, Kabel und Katheter auftreten, was jedoch durch
entsprechendes Training von Anästhesie und Radiologie vermindert werden kann. Bei der CT von Schädel und HWS sollten die Arme außerhalb der Untersuchungsregion, also unten, liegen. Wenn es die Zeit erlaubt und klinisch möglich ist, sollten die Arme für die anschließende Untersuchung des Thorax und Abdomens über den Kopf gehoben werden, um eine bessere Bildqualität und eine geringere Strahlenexposition zu erzielen. Allerdings kann in gewissen Fällen die Positionierung der Arme über den Kopf zeitaufwändig sein, in seltenen Fällen zu Schädigungen der Schulter oder des Plexus brachialis führen oder aufgrund von Verletzungen unmöglich sein. Falls zeitliche oder medizinische Zwänge die Umlagerung der Arme nach oben unmöglich machen, sollten diese vorsichtig im Ellenbogen gebeugt und gekreuzt ventral auf dem Thorax fixiert werden. Hier empfiehlt sich die Lagerung der Arme auf ein großes Schaumstoffkissen, um die Arme möglichst fern vom Körperstamm zu halten und somit Artefakte zu minimieren (. Abb. 17.2). Eine Lagerung der Arme neben dem Körper sollte unbedingt vermieden werden, weil sonst teils erhebliche Artefakte die Beurteilbarkeit von Leber, Milz und Nieren einschränken können (. Abb. 17.3). > Die Lagerung der Arme bei der Ganzkörper-CT beeinflusst die Bildqualität und Strahlendosis. Während sich das Anheben der Arme über Kopf bei der Thorax- und Abdomenspirale bzgl. Bildqualität und Strahlendosis positiv auswirkt, kann es nachteilig eine Zeitverzögerung verursachen, was die Prognose des Polytraumapatienten negativ beeinflussen kann.
Praxistipp
1. Aus radiologischer Sicht ist ein Anheben der Arme über Kopf für die Thorax- und Abdomenspirale empfehlenswert. 2. Wenn aus Zeitgründen oder aus medizinischer Sicht ein Umlagern der Arme über Kopf nicht vorgenommen werden soll bzw. kann, empfiehlt es sich, die Arme vorsich-
6
159 17.8 · Patientenvorbereitung und -lagerung
17
a
b
c
. Abb. 17.2 Lagerung der gebeugten Arme ventral auf dem Thorax (a Foto, b Topogramm) mit artefaktfreier Darstellung der parenchymatösen Oberbauchorgane (c)
b
a
. Abb. 17.3 Suboptimale Lagerung der Arme neben dem Körper (a) und dadurch verursachte Artefakte in Leber und Milz (b, Pfeile)
160
Kapitel 17 · Polytrauma
tig im Ellenbogen zu beugen und gekreuzt ventral auf dem Thorax zu fixieren. So lassen sich Artefakte im Oberbauch reduzieren. 3. Es sollte unbedingt vermieden werden, die Arme neben dem Körper zu lagern, weil dies zu teils schweren Artefakten in den Oberbauchorganen führen kann.
4 Nasennebenhöhlen – Hämatosinus? 4 Artikulationen – Speziell: Kiefergelenke 4 Weichteile – Blutung? Lazeration? Luft? HWS
17.9
Systematische Bildanalyse
Um eine rasche und effiziente Diagnostik in der Notfallsituation zu ermöglichen, ist eine systematische Bildanalyse unabdingbar. Dies gilt insbesondere für die Ganzkörper-CT beim Polytraumapatienten, bei dem eine große Zahl an anatomischen Regionen und möglichen Pathologien in kürzester Zeit diagnostiziert werden muss. Hier bietet sich ganz besonders die Verwendung einer PolytraumaCheckliste an (7 Kap. 29).
Vorgehen bei der systematischen Bildanalyse Schädel
17
4 Knochen – Frakturen? – Speziell: Hangman, Tear drop, Anderson, Jefferson? – Alignement erhalten? – Hinweise für Instabilität? – Artikulationen – Facettengelenke – Speziell: atlantookzipital, atlantodental 4 Weichteile – Hämatom? – Wenn ja, intraspinal- epidural? – Intraspinal - subarachnoidal? – Prä/perivertebral? Thorax inkl. BWS und Rippenthorax
4 Knochen – Frakturen? Falls ja, Klassifikation möglich (LeFort, Tripod usw.)?
4 Knochen – BWS – Frakturen? – Alignement erhalten? – Rippen – Frakturen? – Falls ja, knöcherner/nichtknöcherner Anteil? – Wenn ja, instabiler Thorax? – Klavikula, Skapula, prox. Humerus – Sternum – Falls ja, Manubrium? Korpus? 4 Artikulationen – Facettengelenke – Kostovertebrale/kostotransversale Gelenke – Schultergelenk – AC-Gelenk – Sternoklavikulargelenk 4 Lunge/Weichteile – Hämatom?
6
6
4 Knochen – Frakturen? – Falls ja, welcher Knochen? – Speziell: Felsenbein – Orbita – Ethmoid/Sphenoid 4 Gehirn – Blutung? – Falls ja, intraparenchymal? – Epidural? Subdural? Subarachnoidal? – Hirndruckzeichen? Ödem? – Einklemmungszeichen? 4 Weichteile – Hämatom? Lazeration? Mittelgesicht
161 17.10 · Strahlendosisaspekte bei der Ganzkörper-CT
17.10 – Hämatothorax? Pleuraerguss? – Pneumothorax? – Lungenlazeration/Kontusion? – Atelektase? 4 Zwerchfell: Intakt? 4 Mediastinum – Aorta – Ruptur? Dissektion? – Periaortales Gewebe – Blutung? Luft? – Perikard – Blutung? Luft? – Herz – Kontusion? Ventrikelruptur? – Abdomen/Becken inkl. LWS und Beckenskelett 4 Knochen – Frakturen? – LWS/Sakrum, Becken/prox. Femur – Artikulationen? – Facettengelenke – Speziell: ISG/Symphyse 4 Leber (inkl. Gallenwege) – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Milz – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Nieren – Lazeration? Hämatom? Kontusion? – Falls ja, NierenbeckenkelchsystemVerletzung? 4 Pankreas – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Gefäße – Dissektion? Ruptur? Aktive Blutung? 4 Hohlorgane – Perforation? 4 Blase – Ruptur? – Falls ja, intra- oder extraperitoneal? 4 Peritoneum – Flüssigkeit? Blut? Luft? – Hinweise für Mesoeinriss? 4 Weichteile – Blut? Luft?
6
17
Strahlendosisaspekte bei der Ganzkörper-CT
Das Ganzkörper-CT-Konzept wurde in den vergangenen Jahren wegen der relativ hohen Strahlendosis der Untersuchung häufig infrage gestellt und teilweise kontrovers diskutiert. Nicht nur die Strahlendosis selbst, sondern 2 weitere Aspekte sind hierbei relevant: 4 Die Opfer von Polytraumata sind häufig jüngeren Alters und besitzen somit eine höhere Suszeptibilität für ionisierende Strahlung als ältere Patienten. 4 Die verbleibende Lebensspanne ist größer, sodass das theoretische Risiko (»lifetime attributable risk«), ein strahleninduziertes Karzinom zu entwickeln, im Vergleich zu älteren Patienten erhöht ist (7 Kap. 22, 7 Kap. 23). Die effektive Strahlendosis einer Ganzkörper-CT liegt zwischen 15 und 25 mSv je nach Protokoll und Körperphysiognomie des Polytraumapatienten. Wenn die Thorax- und Abdomenspirale mit den Armen neben bzw. auf dem Körper (d. h. nicht über Kopf gehalten) durchgeführt wird, erhöht sich die Dosis um weitere 20–30 %. Diese nicht unerheblichen Strahlendosen gehen mit einem nicht zu vernachlässigenden Risiko für eine Karzinogenese einher. Diesem Risiko muss jedoch immer der Nutzen der CT-Untersuchung gegenübergestellt werden. So konnte kürzlich gezeigt werden, dass Polytraumapatienten, welche mit einer Ganzkörper-CT untersucht werden, eine signifikant höhere Überlebensrate als diejenigen Patienten aufwiesen, bei denen nur CT-Untersuchungen einzelner Körperregionen durchgeführt wurden. Letztere Studienergebnisse scheinen den Einsatz der Ganzkörper-CT beim Polytraumapatienten zu rechtfertigen.
162
Kapitel 17 · Polytrauma
17.11
Weiterführende Literatur
Brink M, de Lange F, Oostveen LJ, Dekker HM, Kool DR, Deunk J, Edwards MJ, van Kuijk C, Kamman RL, Blickman JG (2008) Arm raising at exposure-controlled multidetector trauma CT of thoracoabdominal region: higher image quality, lower radiation dose. Radiology 249: 661–670 Huber-Wagner S, Lefering R, Qvick LM, Körner M, Kay MV, Pfeifer KJ, Reiser M, Mutschler W, Kanz KG (2009) Effect of whole-body CT during trauma resuscitation on survival: a retrospective, multicentre study. Lancet 373: 1455–1461 Karlo C, Gnannt R, Frauenfelder T, Leschka S, Brüesch M, Wanner GA, Alkadhi H (2011) Whole-body CT in polytrauma patients: effect of arm positioning on thoracic and abdominal image quality. Emerg Radiol Apr 7 [Epub ahead of print] Körner M, Reiser M, Linsenmaier U (2009) Multidetektor-CT zur Diagnostik traumatologischer Notfälle. Radiologe 49: 510–515 Linsenmaier U, Krötz M, Häuser H, Rock C, Rieger J, Bohndorf K, Pfeifer KJ, Reiser M (2002) Whole-body computed tomography in polytrauma: techniques and management. Eur Radiol 12:1728–1740 Moore EE, Shackford SR, Pachter HL, McAninch JW, Browner BD, Champion HR, Flint LM, Gennarelli TA, Malangoni MA, Ramenofsky ML, et al. (1989) Organ injury scaling: spleen, liver, and kidney. J Trauma 29: 1664–1666 Moore EE, Cogbill TH, Malangoni MA, Jurkovich GJ, Champion HR, Gennarelli TA, McAninch JW, Pachter HL, Shackford SR, Trafton PG (1990) Organ injury scaling, II: Pancreas, duodenum, small bowel, colon, and rectum. J Trauma 30: 1427–1429
17
III
Spezielle Anwendungen Kapitel 18
Dual-Energy-CT – 165 Paul Stolzmann und Robert Götti
Kapitel 19
CT-Kolonographie – 173 Jürgen Fornaro und Lotus Desbiolles
Kapitel 20
CT-Perfusion – 179 Robert Götti und Hatem Alkadhi
Kapitel 21
CT-gesteuerte Interventionen Lukas Hechelhammer
– 187
18
Dual-Energy-CT Paul Stolzmann und Robert Götti
18.1 Einleitung
– 166
18.2 Physikalische Grundlagen 18.3 Technische Grundlagen
– 166
– 167
18.3.1 Dual-Source-CT – 167 18.3.2 Rapider Wechsel der Röntgenspannungen (Rapid kVp-Switching) – 167 18.3.3 Energiesensitive Detektoren – 167 18.3.4 Technische Überlegungen – 167
18.4 Applikationen der Dual-Energy-CT – 169 18.4.1 Dekomposition in 2 Substanzen 18.4.2 Dekomposition in 3 Substanzen 18.4.3 Klinische Applikationen – 170
18.5 Weiterführende Literatur
– 170 – 170
– 170
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_18, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
166
Kapitel 18 · Dual-Energy-CT
18.1
Einleitung
Die Dual-Energy-CT erlaubt die Charakterisierung und Analyse von Substanzen. In der herkömmlichen Single-Energy-CT, d. h. bei der CT mit der Verwendung eines Energiespektrums, können bestimmte CT-Werte spezifischen Körpermaterialien zugeordnet werden. Die DualEnergy-CT mit Verwendung zweier Energiespektren erweitert diese Zuordnung um eine weitere Dimension. Die Anwendung ist potenziell dann sinnvoll, wenn CT-Werte der zu unterscheidenden Materialien bei einer Single-Energy-CT ähnlich, aber ihre Differenzen bei der Dual-Energy-CT verschieden sind. Dieses Kapitel erläutert physikalische, technische und theoretische Grundlagen und diskutiert mögliche Applikationen der Dual-Energy-CT.
18.2
Physikalische Grundlagen
Das Verständnis der physikalischen Effekte bei der CT ist wichtig zum Verständnis der Dual-EnergyCT. Die in der computertomographischen Bildgebung relevanten Effekte sind der Photoeffekt und die Comptonstreuung.
18
tons den gleichen Wert wie die Bindungsenergie des Elektrons, steigt die Schwächung der Röntgenstrahlung stark an (sog. K-Kante). Comptonstreuung Die Comptonstreuung tritt auf, wenn die Bindungsenergie des Schalenelektrons signifikant kleiner als die Energie des eintreffenden Röntgenphotons ist. Die Energie wird bei der Comptonstreuung auf das Schalenelektron transferiert, welches bei ausreichend großem Energieübertrag aus der Schale herausgelöst wird. Das Elektron und das eintreffende Photon – letzteres mit reduzierter Geschwindigkeit bzw. Energie – entfernen sich unter einem definierten Winkel. Die Comptonstreuung ist weitgehend unabhängig von der Ordnungszahl Z des Absorbers und tritt in den vom Kern entfernten Elektronenschalen auf. Die Comptonstreuung ist daher proportional zur Elektronendichte (somit Proportionalität zur Massendichte p). Unter Berücksichtigung dieser beiden Effekte kann die Röntgenschwächung eines Elements spezifisch approximiert werden. Dual-Energy-CT-Untersuchungen erlauben die Dekomposition des CTWertes da sich der Photoeffekt und die Comptonstreuung im diagnostischen Energiespektrum gut modellieren lassen.
> Der Schwächungsanteil durch RayleighStreuung ist bei der CT vernachlässigbar gering.
> Die Zerlegung in Photoeffekt und Comptonstreuung durch die Messung der CT-Werte bei verschiedenen Energien repräsentiert die Basis für die mathematische Dekomposition in verschiedene Substanzen.
Photoeffekt Der Photoeffekt beschreibt die Interaktion eines Photons mit den Elektronen der inneren Schalen der durchstrahlten Substanz. Dabei wird ein freies Elektron aus der Schale des Atoms herausgelöst und emittiert. Der Photoeffekt tritt verstärkt bei niedrigen Photonenenergien auf (innere Schalen beherbergen Elektronen niedrigerer Bindungsenergie). Die Wahrscheinlichkeit einer Interaktion steigt mit höherer Ordnungszahl Z des Elements, weil durch die höhere Kernladung die Elektronen dichter an den Kern gebunden werden. Darüber hinaus ist die Wahrscheinlichkeit des Photoeffekts am höchsten, wenn die Photonenenergie unmittelbar größer ist als die Bindungsenergie des Schalenelektrons. Beträgt die Energie des Pho-
Theoretisch erlaubt dieser Dual-Energy-Algorithmus die Dekomposition untersuchter Körpergewebe in Elektronen- bzw. Massendichte und effektive Ordnungszahl. Diese Unterscheidung ist klinisch interessant, da z. B. hyperdense Läsionen ihre Ursache entweder in der Veränderung ihrer Massendichte (z. B. Fibrose) oder auch in der Veränderung ihrer effektiven Ordnungszahl (z. B. Eiseneinlagerung bei Hämochromatose) haben können. Um Dekompositionen anhand der CT-Werte vornehmen zu könnnen, betrachten wir die Energieabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten von Geweben (. Abb. 18.1). Erläuterungen zur CTWert-basierten Substanzdifferenzierung mittels Dual-Energy-CT inkl. einer Auswahl von klinischen Anwendungen sind im 7 Abschn. 18.4 zu finden.
167 18.3 · Technische Grundlagen
18
Daten liefern die Grundlage zur Rekonstruktion zweier unabhängiger Bildstapel.
18.3.2
. Abb. 18.1 Abhängigkeit der CT-Schwächung von der Energie für Jod und Kalzium. Die Differenz der Schwächungswerte zwischen 2 Energien ist größer für Jod (Verlauf mit K-Kante) als für Kalzium
18.3
Technische Grundlagen
Zur zeitgleichen Akquisition von Dual-Energy-Daten stehen verschiedene CT-Systeme zur Verfügung. Die verfügbaren technischen Ausrüstungen und Anordnungen der Röntgenröhren und Detektorsysteme werden im Folgenden beschrieben.
18.3.1
Dual-Source-CT
Die Dual-Source-CT (Siemens Healthcare) beschreibt ein CT-System, welches 2 Röntgenröhren mit 2 zugehörigen Detektorsytemen verwendet. Diese sind nahezu orthogonal auf der rotierenden Gantry angeordnet. Für kardiovaskuläre CT-Untersuchungen wurde mit der Dual-Source-CT die zeitliche Auflösung erhöht, wodurch Bewegungsartefakte reduziert und die Bildqualität verbessert werden konnten. > Die Verwendung der Dual-Source-CT mit gleicher Röntgenspannung an beiden Röhren verdoppelt die zeitliche Auflösung, da bereits nach einer Viertelumdrehung genügend Projektionsdaten zur Rekonstruktion eines CT-Bildes zur Verfügung stehen.
Werden beide Röntgenröhren mit unterschiedlichen Röntgenspannungen betrieben, können Dual-Energy-CT-Daten akquiriert werden. Diese
Rapider Wechsel der Röntgenspannungen (Rapid kVp-Switching)
Das Rapid kVp-Switching (GE Healthcare und Toshiba) beschreibt ein weiteres Verfahren zur Akquisition von Dual-Energy-CT-Daten. Hierbei wir ein CT-System mit einem einzelnen RöntgenröhrenDetektor-System benutzt. Die Röntgenröhre wird bei diesem Verfahren speziell angesteuert, d. h., es erfolgt ein Wechsel der anliegenden Röntgenspannung in engen Zeitabständen. Die Röntgenenergie der Photonen wird so schnell und diskret variiert.
18.3.3
Energiesensitive Detektoren
Energiesensitive Detektoren (Philips Medical Systems) stellen eine 3. Möglichkeit zur Akquisition von Dual-Energy-CT-Daten dar. Diese Methode verwendet eine Strahlenquelle mit einem speziellen Detektor (sog. Sandwichdetektor, Split-Filter-Detektor). Die verwendeten Detektoren sind energieauflösende Quantendetektoren, d. h., das eintreffende Photonenspektrum kann in seine Anteile (hoch- und niederenergetische Anteile) zerlegt werden. Der Detektor ist aus 2 Schichten aufgebaut. Die 1. röntgenröhrennahe Detektorschicht misst die einfallenden Photonen und verursacht gleichzeitig eine Aufhärtung des Spektrums durch die Absoption der niederenergetischen Photonen. Die darunter liegende 2. Detektorschicht misst ein der Energie entsprechend deformiertes Spektrum. Diese Anordnung erlaubt die Messung aufgespalteter Spektren zur Dual-Energy-Analyse.
18.3.4
Technische Überlegungen
Bei der Betrachtung dieser Messsysteme ist zu beachten, dass Dual-Energy-CT-Aufnahmen unter der Verwendung von Röntgenstrahlungsspektren erfolgen und nicht ausschließlich Messungen bei 2 spezifischen Energiewerten vorliegen. Eine größt-
168
Kapitel 18 · Dual-Energy-CT
mögliche spektrale Separation ist daher zur optimalen Unterscheidung bzw. Differenzierung der CTWerte sinnvoll. Dies kann entweder durch die Einstellung der Röhrenspannungen mit größter Differenz und/oder durch die zusätzliche Filterung der emittierten Spektren optimiert werden. Alle vorgestellten, technischen Ansätze werden zur Akquisition von CT-Werten bei 2 verschiedenen Energien während einer einzigen CT-Aufnahme verwendet. Diese können zur Rekonstruktion zweier koregistrierter Bildstapel (hoch- und niederenergetischer Bilder) benutzt werden. Nehmen wir zusätzlich einen linearen Verlauf des CT-Wertes zwischen beiden Energien an, können wir neben der Rekonstruktion zweier verschie-
Grundsätzlich ist das Bildrauschen desjenigen Bildes höher, welches aus den Daten des niederenergetischen Spektrums rekonstruiert wird; das hochenergetische Bild rauscht weniger (. Abb. 18.2). Deshalb ist es während der Aufnahme sinnvoll, das Röhrenstrom-Zeit-Produkt anzupassen. Anderer-
. Abb. 18.2 Gewichtete Mittelwertbilder einer Dual-EnergyCT des Abdomens. Der Wichtungsfaktor k beschreibt die An-
teile der hoch- und niederenergetischen CT-Werte am gewichteten Mittelwertbild (k = 0, 140-kVp-Bild; k = 1, 80-kVp-Bild)
dener Bildstapel auch ein Mittelwertbild aus beiden Stapeln errechnen. Das Mittelwertbild kann zu unterschiedlichen Anteilen aus den hoch- und niederenergetischen Bildern zusammengesetzt werden. Der Wichtungsfaktor k definiert die Interpolation (. Abb. 18.2). Es gilt: HUgewichtet = k × HU80kVp + (1–k) × HU140kVp.
18
169 18.4 · Applikationen der Dual-Energy-CT
seits ist der Kontrast im niederenergetischen Bild erhöht (. Abb. 18.2). Praxistipp
Vaskularisierte Läsionen können bei niedrigen Energien leichter detektiert werden, weil der Bildkontrast (. Abb. 18.2, vgl. Nierenzyste und -parenchym) bei reduzierter Röhrenspannung erhöht ist. Ausgeprägt ist dieses Phänomen bei Elementen mit hoher Atomzahl Z (z. B. jodhaltiges Kontrastmittel).
18.4
Applikationen der Dual-Energy-CT
Die radiologische Charakterisierung und Analyse von Substanzen mittels Dual-Energy-CT basiert vereinfacht auf der Energieabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten. Dieser Schwächungskoeffizient ist energieabhängig, da die zur Schwächung beitragenden Effekte (Faustregel: Photoeffekt niederenergetisch, Comptonstreuung hochenergetisch) mit unterschiedlichen Energieabhängigkeiten auftreten (7 Abschn. 18.2). Zur Analyse der Dual-Energy-CT-Daten betrachten wir also die Schwächungswerte bei verschiedenen Energien. Ein 2-dimensionales Koordinatensystem eignet sich zur Darstellung und zum Verständnis der Dual-Energy-CT-Theorie.
. Abb. 18.3 Visualisierung von Dual-Energy-Messdaten. Die Abbildung der CT-Werte kann auf der Ordinate gegen die Energie auf der Abszisse erfolgen (a) oder das Koordina-
18
> Die gemessenen CT-Werte [HU] können entweder 4 1. gegen die Energie aufgetragen werden oder 4 2. entsprechend ihres zugehörigen – niedrigen und hohen – Energiespektrums auf den x- und y-Achsen abgebildet werden.
Die Auftragung gegen die Energie (. Abb. 18.3a) visualisiert direkt die Differenz der CT-Werte zwischen nieder- und hochenergetischem Bild und dient damit der Unterscheidung von Substanz A (größeres ΔHU, durchgezogene Linie) und B (kleineres ΔHU, unterbrochene Linie). Die Auftragung der CT-Werte entsprechend ihres zugehörigen Energiespektrums auf den x- und y-Achsen (. Abb. 18.3b) eignet sich zur Visualisierung von Messdaten der Substanzen A und B als Punktwolken. Positive (Substanz A) oder negative Differenzen (Substanz B) zur Referenzlinie werden zur Unterscheidung betrachtet. Cave: Überlappungen von Messwerten treten insbesondere bei Substanzen mit niedrigen CTWerten auf, da sich diese Gewebe nahe der CTKalibrierpunkte der HE-Skala (d. h. Wasser und Luft) befinden. Außerdem ist die Unterscheidung von Geweben mit einer großen Varianz der CTWerte schwierig (d. h. jodhaltiges Kontrastmittel und Knochen).
tensystem bildet die nieder- und hochenergetischen CTWerte entsprechend auf den x- und y-Achsen ab (b)
170
Kapitel 18 · Dual-Energy-CT
18.4.1
Dekomposition in 2 Substanzen
Zur Dekomposition des Voxels K in 2 Substanzen nehmen wir 2 Basissubstanzen A und B an (. Abb. 18.4a). Die Koordinaten dieser 2 Basissubstanzen sind die CT-Werte und lauten xA, yA und xB, yB. Diese können als bekannt vorausgesetzt oder durch Referenzmessungen verifiziert werden. Die Dekomposition des Voxels K erfolgt dann anhand der CTWerte der Einzelmessungen xK (niederenergetischer CT-Wert) und yK (hochenergetischer CTWert). Da sich die gemessenen CT-Werte des Voxels K aus der Summe der Basissubstanzen A und B zusammensetzen, folgt daraus unmittelbar die lineare Dekomposition: K = fA + gB;
18.4.2
f + g = 1 (. Abb. 18.4).
Dekomposition in 3 Substanzen
Die Dekomposition in 3 Basissubstanzen ist die Erweiterung der Dekomposition in 2 Basissubstanzen. Hierbei wird eine weitere Basissubstanz C mit bekannten Koordinaten xC, yC dem Koordinatensystem (und den Gleichungen) hinzugefügt (. Abb. 18.4b). Die 3 Basissubstanzen A, B und C begrenzen ein Dreieck. Der Voxel K setzt sich aus einer spezifischen Komposition A, B, und C zusammen und liegt daher innerhalb des Dreiecks. Die Dekomposition des Voxels K erfolgt vektoriell.
> Die Geometrie des Dreiecks muss durch ausreichenden Abstand der x- und y-Koordinaten von A, B und C gewährleistet sein. Deshalb ist die Zerlegung in ähnliche Substanzen mit dieser Methode nicht möglich. 18.4.3
Klinische Applikationen
Klinisch erprobte Dual-Energy-Applikationen sind in . Tab. 18.1 zusammengefasst. Der Algorithmus zur Dekomposition in 2 Substanzen dient zur Identifikation von Substanzen; der Algorithmus zur Dekomposition in 3 Substanzen bildet die Grundlage zur Quantifizierung von Substanzen. 18.5
Weiterführende Literatur
Alvarez RE, Macovski A (1976) Energy-selective reconstructions in X-ray computerized tomography. Phys Med Biol 21: 733–744 Fletcher JG, Takahashi N, Hartman R, Guimaraes L, Huprich JE, Hough DM, Yu L, McCollough CH (2009) Dual-energy and dual-source CT: is there a role in the abdomen and pelvis? Radiol Clin North Am 47: 41–57 Remy-Jardin M, Faivre JB, Pontana F, Hachulla AL, Tacelli N, Santangelo T, Remy J (2010) Thoracic applications of dual energy. Radiol Clin North Am 48: 193–205 Stolzmann P, Leschka S, Scheffel H, Rentsch K, Baumuller S, Desbiolles L, Schmidt B, Marincek B, Alkadhi H (2010) Characterization of urinary stones with dual-energy CT: improved differentiation using a tin filter. Invest Radiol 45: 1–6 Vrtiska TJ, Takahashi N, Fletcher JG, Hartman RP, Yu L, Kawashima A (2010) Genitourinary applications of dual-energy CT. AJR Am J Roentgenol 194: 1434–1442
18
. Abb. 18.4 Dekomposition des Voxels K in die 2 Basissubstanzen A und B (a) sowie die vektorielle Zerlegung in 3 Basissubstanzen inkl. C (b, vgl. 7 Abschn. 18.4.1, 7 Abschn. 18.4.2)
171 18.5 · Weiterführende Literatur
18
. Tab. 18.1 Übersicht ausgewählter Applikationen und potenzieller Indikationen der Dual-Energy-CT Potenzielle Indikation
Applikation
Skeletttraumata
Evaluation von Knochenmarködemartigen Veränderungen mittels CT nach Subtraktion der Kompakta und Spongiosa (. Abb. 18.5)
Postprocessing zur Knochenentfernung (sog. Bone-Removal)
Erleichterte Rekonstruktion und vaskuläre Visualisierung nach Angiographie
Urolithiasis
Identifikation von Uratsteinen und Unterscheidung von anderen Steintypen (. Abb. 18.6)
Gicht
Diagnosestellung und Evaluation der Ausbreitung von Gichttophi
Cholelithiasis
Steincharakterisierung von Gallensteinen
Identifikation von Kalzium
Harnsäure
Cholesterin
Quantifizierung von KontrastmittelJod
Bildberechnung von nativen Bildern aus KM-verstärkten Akquisitionen bei multiphasischen Untersuchungen
Strahlendosisreduktion durch Ersatz der nativen Akquisition durch Kontrastmittelsubtraktion, z. B. F/U bei Zustand nach Aortenendoprothese (. Abb. 18.7), Verdacht auf Urolithiasis bei gleichzeitiger Indikation einer anschließenden Kontrastmittelgabe Evaluation von Kontrastmittel-Enhancement als Malignitätskriterium, z. B. Nierenläsionen/-zysten, Lungenläsionen
Jodverteilung im Myokard
Xenon-Gas
a
Evaluation von myokardialer Ischämie
Jodverteilung im Lungenparenchym
Evaluation von Perfusionsdefekten bei pulmonaler Embolie
Xenon-Verteilung in der Lunge unter Inhalation
Evaluation pulmonaler Ventilation und Volumenverteilung
b
. Abb. 18.5 Die Dual-Energy-CT erlaubt zusätzlich zum Nachweis der lateralen Tibiaplateau-Fraktur mittels gewichteten Mittelwertbilds (a) die Subtraktion des Knochens (b). Mittels virtuell vom Kalzium befreiter Bilder können Knochenmarködemartige Veränderungen (»bone bruise«) dar-
c
d gestellt (b, hyperdense Knochenmarkalteration) und mittels Farbkodierung (c) visualisiert werden. Die Veränderungen sind in guter Überstimmung mit T2-gewichteten MRT-Sequenzen (d). (Mit freundlicher Genehmigung von Gregor Pache, Universitätsklinikum Freiburg, Deutschland)
172
Kapitel 18 · Dual-Energy-CT
b
a . Abb. 18.6 Die native Dual-Energy-CT ermöglicht die Identifikation von Uratsteinen (b, rechts), während die Unterscheidung von anderen Steintypen (b, links) mittels konventioneller CT (a) nicht verlässlich ist. Klinisch kann dieser
a
b
c
d
. Abb. 18.7 Die Dual-Energy-CT erlaubt den Ersatz »echter« nativer CT-Bilder (a) durch die Rekonstruktion von virtuell-nativen CT-Bildern (b). Dies geschieht durch die Quantifikation und anschließende Subtraktion des KM aus Bildern nach KM-Applikation. Dieser Ansatz dient zur Reduktion der kumulativen Strahlendosis mehrphasiger CT-Untersuchungen, hier beim Follow-Up nach Aortenendoprothese.
18
Ansatz relevant sein, weil Uratsteine mittels Urinalkalisierung medikamentös behandelt werden können
Sowohl das »echte« native (a) als auch das virtuell-native Bild (a) beweisen die Abwesenheit von KM oder anderen Hyperdensitäten im Aneurysmasack. Das vergleichende Betrachten des konventionellen, arteriellen CT-Bildes (c, Pfeil) und des gewichteten Mittelwertbilds der venösen Phase (d, Pfeil) bestätigt das Vorliegen eines Endolecks
19
CT-Kolonographie Jürgen Fornaro und Lotus Desbiolles
19.1 Einleitung
– 174
19.2 Indikationen
– 174
19.3 Patientenvorbereitung
– 174
19.4 Untersuchungstechnik
– 175
19.5 Auswertung
– 176
19.6 Weiterführende Literatur
– 178
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_19, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
19
174
Kapitel 19 · CT-Kolonographie
19.1
Einleitung
Gemäß der Adenom-Karzinom-Sequenz entwickelt sich das kolorektale Karzinom über mehrere Vorstufen: Dem Karzinom geht das Adenom mit ansteigenden Dysplasiegraden voraus, mit einer Latenz von in der Regel 10–15 Jahren. Demnach ist das kolorektale Karzinom eine heilbare Erkrankung, falls die Vorläuferläsionen frühzeitig erkannt und entfernt werden können. Goldstandard des Screenings ist bislang die Koloskopie, die als einziges Verfahren die Möglichkeit der Erkennung wie auch der endoskopischen Entfernung früher neoplastischer Läsionen bietet. Die CT-Kolonographie (CTK), auch virtuelle Koloskopie genannt, verwendet CT-Schnittbilddaten, die bei Patienten mit gereinigtem und distendiertem Kolon akquiriert werden. Daraus können 2-D- und 3-D-Bilder des Kolons inkl. endoskopieähnlicher Ansichten erstellt werden. Die Methode wurde erstmals 1997 von Vining beschrieben und hat sich seither dank Verbesserungen der CT-Technologie und der 3-D-Bildbearbeitung stark weiterentwickelt. Insbesondere die Möglichkeit der Multidetektor-CT (MDCT), das gesamte Abdomen in einer Atemanhaltephase nahezu bewegungsfrei und in hoher räumlicher Auflösung zu scannen, ist dabei für die CT-Kolonographie von Bedeutung. 2007 wurde von der Europäischen Gesellschaft für Gastrointestinale und Abdominelle Radiologie (ESGAR) eine Konsensuserklärung zur CTK publiziert, in der von Experten auf dem Gebiet der CTK Standards für eine hochwertige Untersuchung und Auswertung gefordert werden. Diese sollen eine hohe Detektionsrate für Polypen und Tumoren auf breiter Basis ermöglichen. Von Bedeutung sind insbesondere 4 die adäquate Darmvorbereitung, 4 eine ausreichende Distension des Kolons, 4 eine Datenakquisition mittels moderner MDCTGeräte und 4 eine strukturierte Ausbildung für die Auswertung der Untersuchung.
19.2
Indikationen
Die CTK wurde bisher noch nicht offiziell als Screeninguntersuchung akzeptiert, v. a. wegen widersprüchlicher Resultate großer prospektiver Studien. Während Pickhardt et al. 2003 (N Engl J Med 2003; 349(23): 2191–2200) exzellente Resultate für die CTK zeigten (Sensitivität von 93,8 % für adenomatöse Polypen ≥ 10 mm), die mit denen der Koloskopie vergleichbar sind, erreichten Rockey et al. 2005 (Lancet 2005; 365: 305–311) nur eine Sensitivität von 59 % für Läsionen ≥ 10 mm. Das Ausmaß dieser Differenz wurde vielfach diskutiert und konnte nicht nur anhand unterschiedlicher Charakteristika der Patientenpopulation und verwendeter CT-Gerätetechnik erklärt werden. Indikationen für die CT-Kolonographie 4 Inkomplette Koloskopie 4 Verweigerung der konventionellen Koloskopie durch den Patienten 4 Kontraindikationen gegen die Koloskopie (z. B. erhebliche Komorbiditäten oder Gerinnungsstörungen) 4 Screening (ausstehend)
19.3
Patientenvorbereitung
Eine Darmvorbereitung des Patienten mittels faserarmer Diät und Laxanzien analog der konventionellen Koloskopie ist Standard. Das Kolon sollte dabei so sauber und trocken wie möglich sein, denn Stuhlreste oder große Mengen residueller Flüssigkeit im Kolon können Polypen und Tumoren verdecken oder vortäuschen. Die kommerziell erhältlichen Laxanzien basieren auf Polyethylenglykol (PEG), Natriumphosphat oder Magnesiumcitrat (. Tab. 19.1). Trotz guter Darmvorbereitung verbleiben häufig Stuhl- und Flüssigkeitsreste im Kolon, was die Auswertung der Untersuchung erschwert. Insbesondere wandadhärente Stuhlreste ohne Lagevariabilität sind manchmal von reellen Polypen schwierig zu differenzieren und können zu falsch-positiven Diagnosen führen. Das Ziel des sog. fecal tagging ist es deshalb, diese Stuhl- und Flüssigkeitsreste mittels positiver Kon-
175 19.4 · Untersuchungstechnik
19
. Tab. 19.1 Verschiedene Methoden der Darmvorbereitung Methode
Einnahme
PEG
3–4 l am Morgen der Untersuchung, faserarme Diät
Natriumphosphat
45 ml am Vortag der Untersuchung (zusammen mit 2 × 5 mg Bisacodyl), faserarme Diät
Magnesiumcitrat
24 g am Vortag der Untersuchung (zusammen mit 2 × 5 mg Bisacodyl), faserarme Diät
»Fecal tagging« mit Darmvorbereitung
45 ml Natriumphosphat am Vortag der Untersuchung (zusammen mit 2 x 5 mg Bisacodyl), 250 ml Bariumsulfat 2,1 % fraktioniert zu den Mahlzeiten, faserarme Diät
trastmittel zu markieren. Hierzu wird dem Patienten 24–48 h vor der CTK zu den Mahlzeiten jeweils fraktioniert Barium und/oder ein jodhaltiges Kontrastmittel verabreicht (. Tab. 19.1). Das Kontrastmittel vermischt sich mit Stuhl und Flüssigkeiten, wodurch diese in der CTK hyperdens zur Darstellung kommen. Die Spezifität der CTK wird hierdurch erhöht. Der Patientenkomfort wird sowohl bei der konventionellen Koloskopie als auch bei der CTK durch die gängige Darmvorbereitung mittels Laxanzien deutlich beeinträchtigt. Ein naheliegender Schritt ist die Verwendung des »fecal tagging« mit Reduktion oder sogar Weglassen der Darmvorbereitung. Die »getaggten« Stuhlreste erschweren jedoch die Auswertung der CTK. Derzeit wird an Methoden zur automatischen Subtraktion von Stuhlresten aus dem Kolon gearbeitet. Praxistipp
1. Bei der sog. nassen Vorbereitung mit PEG verbleibt signifikant mehr residuelle Flüssigkeit im Kolon gegenüber der »trockenen« Vorbereitung mit Natriumphosphat oder Magnesiumcitrat. Die »trockene« Darmvorbereitung ist deshalb für die CTK vorzuziehen. 2. Natriumphosphat ist kontraindiziert bei Patienten mit Störungen des Elektrolythaushalts, Niereninsuffizienz, Herzinsuffizienz, kürzlich erlittenem Myokardinfarkt sowie bei Aszites. Auch die Verwendung von Magnesiumcitrat ist bei Patienten mit Niereninsuffizienz nicht unproblematisch. 3. Die Verwendung von »fecal tagging« wird empfohlen.
19.4
Untersuchungstechnik
Eine adäquate Distension des Kolons ist Voraussetzung, um das Kolon in allen Abschnitten konklusiv beurteilen zu können. Sie beinhaltet die rektale Gasinsufflation, die optionale Verabreichung von Spasmolytika während der Untersuchung und eine CT-Datenakquisition in Bauch- und Rückenlage. Die manuelle Insufflation von Raumluft mittels Handballon stellt die einfachste und kostengünstigste Methode dar und kann durch den Untersucher oder den Patienten kontrolliert werden. Zunehmend wird jedoch CO2 für die Distension verwendet, da es gegenüber Raumluft schneller über die Darmschleimhaut resorbiert wird und nach der Untersuchung zu weniger Blähungsgefühl und Krämpfen führt. Zudem wird über einen automatischen druckregulierten Insufflator häufig eine bessere Distension des Kolons erreicht. Die Verwendung von Spasmolytika während der Gasinsufflation wird kontrovers diskutiert. Die Konsensuserklärung der ESGAR empfiehlt den Einsatz von Spasmolytika. Mit Hyoscin-N-Buthylbromid (Buscopan®) ist die Distension des Kolons meist besser als mit Glucagon, letzteres kann aber verwendet werden, falls Buscopan® kontraindiziert ist (7 Kap. 6). Die Konsensuserklärung der ESGAR empfiehlt, die CT-Datenakquisition immer sowohl in Bauchals auch in Rückenlage durchzuführen. Dies verbessert die Distension des Kolons und die Erkennung von Polypen. In der Regel ist bspw. das Colon transversum in Rückenlage besser distendiert als in Bauchlage, während für das Rektum meist der um-
176
Kapitel 19 · CT-Kolonographie
gekehrte Fall zutrifft. Zudem werden Stuhl- und Flüssigkeitsreste im Kolon umverteilt. Stuhlreste werden hierdurch als solche erkannt und umverteilte Flüssigkeit gibt die Sicht frei auf vorher verdeckte Darmsegmente. Die Bildgebung mittels CT sollte mit einer effektiven Schichtdicke von < 3 mm erfolgen sowie einem Röhrenstrom-Zeit-Produkt von ≤ 50 und ≤ 100 mAs für Bauch- bzw. Rückenlage. Dünnschichtdatensätze mit einer effektiven Schichtdicke von ≤ 1 mm sind für die nachfolgende 2-D-und 3-D-Auswertung von Vorteil (. Tab. 19.2). Eine Reduktion der Strahlendosis auf ein Minimum ist Voraussetzung für die Verwendung der CTK als Screeninguntersuchung. Als effektive Dosis einer CTK werden etwa 8,0 mSv (4–12 mSv) angenommen, was mit einem geschätzten zusätzlichen Risiko von 0,02 % bei einem 50-jährigen Patienten verbunden ist, an einem strahlungsinduzierten Karzinom zu sterben. Unter Verwendung von Low-Dose-Protokollen konnte die Strahlendosis in Studien bereits auf 1,8 und 2,4 mSv für Männer resp. Frauen reduziert werden. Durch den hohen Kontrast zwischen Kolonwand und endoluminalem Gas führt das mit Low-DoseProtokollen verbundene höhere Bildrauschen zu keiner Abnahme der Sensitivität bei der Auswertung. Die intravenöse Kontrastmittelapplikation wird bei der CTK nicht routinemäßig verwendet, da der zusätzliche Nutzen für die Erkennung von Polypen nur gering ist und sowohl Kosten als auch Untersuchungszeit erhöht werden.
Praxistipp
1. Die rektale Gasinsufflation sollte über einen dünnen flexiblen Ballonkatheter erfolgen. Großkalibrige Darmrohre sind unnötig und für den Patienten belastend. 2. Die Verwendung von CO2 anstatt Raumluft für die Distension des Kolons ist für den Patienten angenehmer. 3. Die CT-Datenakquisition sollte immer sowohl in Bauch- als auch in Rückenlage durchgeführt werden. Bei älteren oder adipösen Patienten kann die Akquisition alternativ zur Bauchlage auch in Linksseitenlage erfolgen. 4. Bei ungenügend vorbereitetem Kolon (z. B. bei inkompletter Koloskopie nach einer Darmvorbereitung mittels PEG) oder zur besseren Beurteilung der Ausbreitung eines in der 1. Akquisition detektierten Tumors des Kolons sollte die 2. Akquisition nach intravenöser Kontrastmittelapplikation erfolgen.
19.5
Auswertung
Die Auswertung der CTK-Bilddaten sollte mittels eigens dafür vorgesehener Software erfolgen. Die Auswertungssoftware muss z. B. die gleichzeitige Betrachtung der Bilddaten in Bauch- und Rückenlage und die automatische Segmentierung des Kolons zwecks Korrelation von Befunden (zwischen Bauch- und Rückenlage wie auch zwischen 2-D-
. Tab. 19.2 Empfohlenes Untersuchungsprotokoll
19
Protokoll
Röhrenspannung (kV)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Rekonstruktionen
Schichtdicke/ Inkrement (mm)
Rekonstruktionsfilter
Fenster: Width/Center
Bauchlage
120
50
Abdomen
0,6/0,4
Weich
460/40
Rückenlage
120
100
Abdomen
0,6/0,4
Weich
460/40
Abdomen
2/1,5
Weich
460/40
Lungenbasis
2/1,5
Hart
1 600/-600
177 19.5 · Auswertung
19
a
. Abb. 19.2 Virtuelle endoskopische Ansicht bei der FlyThrough-Methode
b . Abb. 19.1 Stuhlrest mit erkennbaren Gaseinschlüssen und Lagevariabilität zwischen Bauch- (a) und Rückenlage (b)
und 3-D-Ansichten) und semiautomatischer 3-DBildbearbeitung unterstützen. Die Auswertung kann entweder primär in 2-D- oder in 3-D-Ansichten erfolgen, in Problemfällen unter Verwendung der komplementären Ansichten. Bei der primären 2-D-Auswertung wird das Kolon in axialer Schichtführung vom Rektum bis ins Zökum verfolgt. Polypen werden dabei im Gegensatz zu Falten, die langsam durch das Bild wandern, als kurzzeitig aufblinkende Läsionen erkannt. Eine Beweglichkeit von Läsionen zwischen korrelierter Bauch- und Rückenlage ist ein Hinweis auf das Vorliegen von Stuhlresten (. Abb. 19.1), ist aber auch bei gestielten Polypen zu beobachten. Die Fensterung muss während der Bildbetrachtung dynamisch
angepasst werden: Ein Lungenfenster ermöglicht am besten die Polypendetektion, während ein Knochenfenster für die Charakterisierung von Läsionen geeignet ist. Gas- oder Kontrastmitteleinschlüsse (nach »fecal tagging«) sind dabei wiederum als Hinweis auf einen Stuhlrest zu werten (. Abb. 19.1). In der 3-D-Auswertung der CTK-Daten wurde initial einfach die konventionelle Koloskopie nachgeahmt. Bei dem sog. Fly-Through wird eine virtuelle Kamera entlang des segmentierten Zentralstrahls durch das Kolon bewegt (. Abb. 19.2). Bei unidirektionalem Fly-Through werden jedoch 20 % oder mehr der Kolonoberfläche nicht erfasst. Polypen können sich hinter Kolonfalten verstecken. Die Auswertung sollte deshalb in beiden Richtungen durchgeführt werden, verbunden mit einer höheren Auswertungszeit. Neuere Entwicklungen der 3-D-Bildbearbeitung zielen darauf ab, diese doppelte Auswertung zu vermeiden. Bei der »panoramic view« und der »unfolded cube view« wird primär die endoluminale Ansicht beibehalten. Im Randbereich sieht der Betrachter durch entsprechende virtuelle Deformierung des Kolons auch hinter die Falten (. Abb. 19.3). Die Kolondissektionsdarstellung bietet eine orthogonale Aufsicht auf das virtuell der Länge nach aufgeschnittene und auf eine Ebene ausgebreitete Kolon, ähnlich einem pathologischen Präparat. Da-
178
Kapitel 19 · CT-Kolonographie
a
b
. Abb. 19.3 »Unfolded cube view«. a Schräge Ansicht des Polypen im zentralen Bildanteil, b orthograde Aufsicht im Randbereich
durch konnte die Auswertezeit gegenüber dem FlyThrough-Modus auf ca. 10 min reduziert werden. Praxistipp
19
Der Vorteil der primären 2-D-Methoden liegt v. a. in der kürzeren Auswertungszeit. Polypen an der Faltenbasis können mit dieser Methode jedoch schwierig zu erkennen sein. Bei der primären 3-D-Auswertung sollten Ansichten wie die »unfolded cube view« oder die Kolondissektionsdarstellung gewählt werden, mit denen die gesamte Kolonoberfläche einsehbar ist. Der Betrachter muss jedoch mit den durch diese Methoden verursachten Bildverzerrungen vertraut sein. Die automatische Polypendetektion (Computer-Aided Diagnosis, CAD) kann als »first reader« oder als »second reader« verwendet werden, um die Auswertungszeit zu verkürzen bzw. die Sensitivität für Polypen zu verbessern. Insbesondere Anfänger kann sie in der CTKAuswertung unterstützen. Ein Problem der CAD bleibt jedoch die oft hohe Anzahl falsch-positiver Befunde.
19.6
Weiterführende Literatur
Aschoff AJ, Ernst AS, Brambs HJ, Juchems MS (2008) CT colonography: an update. Eur Radiol 18: 429–437 Blachar A, Sosna J (2007) CT colonography (virtual colonoscopy): technique, indications and performance. Digestion 76: 34–41 Lefere P, Dachman AH, Gryspeerdt S (2007) Computed tomographic colonography: clinical value. Abdom Imaging 32: 541–551 Pickhardt PJ, Choi JR, Hwang I, Butler JA, Puckett ML, Hildebrandt HA, Wong RK, Nugent PA, Mysliwiec PA, Schindler WR (2003) Computed tomographic virtual colonoscopy to screen for colorectal neoplasia in asymptomatic adults. N Engl J Med 349(23): 2191–2200 Rockey DC, Paulson E, Niedzwiecki D et al. (2005) Analysis of air contrast barium enema, computed tomographic colonography, and colonoscopy: prospective comparison. Lancet 365: 305–311 Taylor S, Laghi A, Lefere P (2007) European society of gastrointestinal and abdominal radiology (ESGAR): consensus statement on CT colonography. Eur Radiol 17: 575–579
20
CT-Perfusion Robert Götti und Hatem Alkadhi
20.1
Einleitung
20.2
Grundlagen
20.3
Indikationen
20.3.1 20.3.2 20.3.3
Klinische Anwendung: Hirnperfusion bei ischämischem Hirninfarkt – 181 Forschungsanwendung: Leber- und Nierenperfusion – 181 Forschungsanwendung: Onkologische Indikationen – 181
20.4
Patientenvorbereitung und -lagerung
20.5
Protokolle
20.6
Diagnostische Aspekte
20.7
Spezielle Untersuchungstechniken: Erweiterung des Untersuchungsvolumens
20.8
– 180 – 180 – 181
– 181
– 183
Weiterführende Literatur
– 184
– 186
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_20, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 184
180
Kapitel 20 · CT-Perfusion
20.1
Einleitung
Die CT-Perfusion ist eine dynamische Untersuchungstechnik, welche die quantitative Analyse der Durchblutung von Geweben erlaubt. Sie entspricht einer repetitiven Akquisition von multiplen CT-Bildern innerhalb eines Untersuchungsvolumens vor, während und nach der Applikation von intravenösem KM. Während die CT-Perfusion des Gehirns eine in der täglichen Routine etablierte Methode zur Ischämiediagnostik darstellt, ist die CT-Perfusion übriger Körperregionen derzeit noch Gegenstand wissenschaftlicher Studien.
mentanalyse durchgeführt werden. In der vereinfachten Einzelkompartimentanalyse enspricht der BF dem Quotienten der maximalen Steigung der Zeit-Intensitäts-Kurve und der maximalen arteriellen Kontrastmittelkonzentration. Für die Zweikompartimentanalyse werden der intra- und extravaskuläre Raum als separate Kompartimente angesehen und mittels der sog. Patlak-Analyse der Durchtritt von Kontrastmittel vom intravaskulären in den extravaskulären Raum quantifiziert, womit auch die kapillare Permeabilität abgeschätzt werden kann. Dekonvolutionsanalyse Für die Dekonvolutions-
20.2
Grundlagen
Das Prinzip der CT-Perfusion basiert auf dem linearen Zusammenhang zwischen der KM-Konzentration und der Schwächung bzw. der Anreicherung (gemessen in HU) innerhalb von Gefäßen und Geweben. Nach der intravenösen Injektion eines KM können entsprechend der Verteilung des Kontrastmittels im intra- und extravaskulären Kompartiment 2 Phasen der Anreicherung unterschieden werden: In der 1. Phase beruht die Anreicherung auf der Verteilung des Kontrastmittels in den Gefäßen – dem intravaskulären Kompartiment – und hängt hauptsächlich vom Blutfluss (BF) und Blutvolumen (BV) ab, während das Kontrastmittel in der 2. Phase über die kapillare Basalmembran das Interstitium – das extravaskuläre Kompartiment – erreicht und damit die Anreicherung zusätzlich von der Verteilung zwischen den beiden Kompartimenten bzw. von der Permeabilität der Kapillaren (Permeability Surface Area Product, PS) beeinflusst wird. Aus den Bilddaten der repetitiven Akquisitionen während dieser beiden Kontrastmittelphasen können anhand mathematischer Modelle Parameter der Perfusion wie BF, BV und Kapillarpermeabilität quantitativ berechnet werden. Die beiden mathematischen Modelle, welche zur CT-Perfusionsanalyse verwendet werden, sind die Kompartimentanalyse und die Dekonvolutionsanalyse.
20
Kompartimentanalyse Die Kompartimentanalyse
kann entweder als Einzel- oder als Zweikomparti-
analyse wird die Zeit-Intensitäts-Kurve innerhalb einer versorgenden Arterie mit der Zeit-IntensitätsKurve innerhalb des zu evaluierenden Gewebes integriert, um die »Impulse Residue Function« (IRF) zu berechnen. Diese IRF ist eine idealisierte ZeitIntensitäts-Kurve des Gewebes, welche resultierte, wenn der gesamte KM-Bolus auf einmal in die versorgende Arterie appliziert würde. Das Plateau der IRF reflektiert die Zeit, in welcher das Kontrastmittel durch das kapillare Netz tritt. Durch die Dekonvolution können BF und BV errechnet werden. Der Quotient von BV und BF entspricht dann der mittleren Transitzeit (Mean Transit Time, MTT) des Blutes durch das Gewebe. Die Kompartiments- und die Dekonvolutionsmethode werden für die quantitative CT-Perfusionsanalyse als gleichwertig betrachtet und von verschiedenen Geräteherstellern verwendet. Beide Methoden haben allerdings ihre Schwächen. Die Kompartimentanalyse basiert auf der Annahme, dass der Kontrastmittelbolus während der Messung im interessierenden Organ verbleibt, was zur Unterschätzung von Perfusionswerten in Organen mit kurzen Transitzeiten sowie bei großem und/oder langsam injiziertem Kontrastmittelbolus führen kann. Die Schwäche der Dekonvolutionsanalyse hingegen liegt in der Annahme, dass die Form der IRF einem Plateau mit einem einzigen, exponentiellen Abfall entspricht, was in Organen mit komplexer Mikrozirkulation wie z. B. Niere und Milz nicht vorbehaltlos zutrifft.
181 20.4 · Patientenvorbereitung und -lagerung
20.3
Indikationen
Die CT-Perfusion ist klinisch etabliert für die Beurteilung der Hirnperfusion beim ischämischen Hirninfarkt. Zurzeit werden weitere Indikationen in der Beurteilung der Perfusion verschiedener Organe sowie bei onkologischen Fragestellungen intensiv erforscht. Eine Auswahl möglicher Anwendungen zeigt . Tab. 20.1.
20.3.1
Klinische Anwendung: Hirnperfusion bei ischämischem Hirninfarkt
Mit der nativen CT-Untersuchung des Schädels beim Schlaganfallpatienten kann das Vorliegen einer Blutung ausgeschlossen werden, welche eine absolute Kontraindikation für eine thrombolytische Therapie darstellt. Die CT-Perfusion erlaubt zusätzlich die Abgrenzung von irreversibel ischämisch geschädigtem Hirnparenchym und der sog. Penumbra, dem ischämischem aber potenziell noch viablem Parenchym (. Abb. 20.1). Bei einer Differenz zwischen BF und BV, einem sog. Mismatch, kann ein Patient auch nach der 3-h-Grenze für die thrombolytische Therapie von einer hypertensiven Therapie mit Phenylephrin oder einer High-FlowSauerstofftherapie profitieren.
20.3.2
Forschungsanwendung: Leber- und Nierenperfusion
Die CT-Perfusion erlaubt neben einer seitengetrennten und lokalen Analyse der Nierenperfusion auch die Berechnung der glomerulären Filtrationsrate über die Bestimmung der KM-Clearance. In der Leber ist eine separate Analyse der arteriellen (ALP) und portalvenösen (PVP) Leberperfusion möglich, indem die beiden überlagerten Zeit-Intensitäts-Kurven zum Zeitpunkt der maximalen Anreicherung in der Milz getrennt werden. Diese getrennte Analyse kann Aufschluss über den Schweregrad einer Leberfibrose oder -zirrhose ergeben, da der Quotient von arterieller zu portalvenöser Perfusion erhöht ist.
20.3.3
20
Forschungsanwendung: Onkologische Indikationen
Mögliche onkologische Indikationen für die Durchführung einer CT-Perfusion, welche zurzeit intensiv erforscht werden, umfassen die Detektion okkulter Malignome, die Charakterisierung der Dignität einer detektierten Läsion sowie die Beurteilung der Vaskularität eines Tumors zur Beurteilung der Prognose oder des Therapieerfolgs von Chemotherapeutika. Die Dignität einer Läsion, z. B. eines pulmonalen Rundherds oder eines Knotens in der zirrhotisch veränderten Leber, lässt sich anhand der CT-Perfusion abschätzen, da maligne Läsionen tendenziell erhöhte BF- und BV-Werte zeigen. Dies kann die Diagnose bzw. den Entscheid über therapeutische Maßnahmen erleichtern. Darüber hinaus ermöglicht die Anwendung der CT-Perfusion die Beurteilung des Therapieerfolgs von antiangiogenetischen Chemotherapeutika. Die Tumorangiogenese beschreibt dabei den Prozess, in welchem kapillare Gefäße de novo gebildet werden, um die Vaskularisierung und damit die Versorgung des Tumors zu gewährleisten. Die CT-Perfusion erlaubt es, diese Vaskularisierung darzustellen und zu quantifizieren. Somit kann das Ansprechen von Tumoren auf eine antiangiogenetische Therapie evaluiert werden, noch bevor morphologische Veränderungen zu erkennen sind.
20.4
Patientenvorbereitung und -lagerung
Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit des Untersuchungsprotokolls ist in . Tab. 20.2 zusammengefasst. Praxistipp
Für das Gelingen einer CT-Perfusionsuntersuchung sind insbesondere 2 Faktoren ausschlaggebend. Beide hängen mit der zeitlichen Dynamik der Untersuchung zusammen: 1. Kontrastmittelapplikation: Für die CTPerfusion sind hohe und konstante Flussra-
6
20
HCC, Lebermetastasen
BV, BF, MTT BF, BV, PS, MTT
Therapiemonitoring
BF, BV
BV, BF, PS, MTT
BV, BF, PS
BV, BF, PS, MTT
Tumordetektion
Funktion
Dignität
Tumordetektion
BF, BV, PS sinken, MTT steigt nach Radio-Chemotherapie, BF und BV sinken nach antiangio-genetischer Therapie des Rektumkarzinoms
BV und BF erhöht, MTT verringert bei kolorektalem Karzinom
BF- und BV-Quantifizierung der Nierenperfusion sowie der glomerlulären Filtrationsrate
BF, BV, PS sinken und MTT steigt nach erfolgreicher antiangio-genetischer Therapie
BV und BF erhöht bei HCC
BF sinkt bei Leberzirrhose, der Quotient ALP/PVP ist erhöht
BV und BF erhöht bei Malignomen und akut entzündlichen Prozessen gegenüber benignen Tumoren (z. B. Hamartomen), PS erhöht bei Malignomen
BV, BF und PS erhöht, MTT erniedrigt bei Plattenepithelkarzinom
Mismatch zwischen BV-Defekt (Kern des Infarkts) und BF-Defekt (Penumbra)
Befunde
Forschung
Abschätzung des Therapieerfolgs bei Radiochemo-therapie und antiangiogenetischer Chemotherapie
Forschung
Abschätzung des Schweregrades einer Nierenarterien-stenose, seitengetrennte Evaluation der Nierenperfusion
Forschung
Forschung
Abschätzung des Therapieerfolgs bei antiangio-genetischer Chemotherapie
Unterscheidung zwischen Karzinom und Divertikulitis
Forschung
Unterscheidung zwischen knotigzirrhotischem Lebergewebe und HCC
Forschung
Forschung
Einschätzung der Dignität von Lungenrundherden
Einschätzung des Schweregrads einer Leberzirrhose und somit der Prognose
Forschung
Klinik
Anwendung
Abgrenzung von Plattenepithel-karzinomen vom umliegenden Gewebe
Bei Mismatch zwischen Kern und Penumbra eröffnen sich weitere therapeutische Optionen
Nutzen
BV Blutvolumen, BF Blutfluss, PS Permeability Surface Area Product (Parameter der Kapillarpermeabilität), ALP arterielle Leberperfusion, PVP portalvenöse Leberperfusion, MTT mittlere Transitzeit
Kolorektales Karzinom
Hepatozelluläres Karzinom (HCC)
Kolon und Rektum
Therapiemonitoring
Leberzirrhose
Leber
Physiologie
BV, BF
Tumordetektion
Lungenrundherd
Lunge
Niere
BF, ALP, PVP
Prognose
Plattenepithelkarzinom
BV, BF
Kopf und Hals
Viabilität
Ischämischer Hirninfarkt
Parameter
Hirn
Fragestellung
Indikation
Gebiet
. Tab. 20.1 Anwendungsgebiete der CT-Perfusion
182 Kapitel 20 · CT-Perfusion
183 20.5 · Protokolle
ten nötig. Deshalb muss ein großlumiger intravenöser Zugang gelegt und dessen Durchgängigkeit für die gewünschte Flussgeschwindigkeit mit Kochsalzlösung überprüft werden. Das Kontrastmittel sollte bei der CT-Perfusion immer auf Körpertemperatur vorgewärmt sein. 2. Patientenbewegung: Damit während der CT-Perfusion stets das gleiche Untersuchungsvolumen abgebildet wird, muss jede mögliche Bewegung während der Untersuchung minimiert werden, z. B. muss der Patient bequem gelagert sein und das Atemkommando erklärt und geübt werden.
20.5
Protokolle
Allen CT-Perfusionsprotokollen gemeinsam ist die Akquisition eines nativen Bildes vor Eintreffen des KM im Untersuchungsvolumen. Anschließend er-
a
b
folgen repetitive Akquisitionen nach intravenöser KM-Applikation. In der Regel wird ein Bolus von 35–70 ml eines KM mit möglichst hoher Jodkonzentration (z. B. 350–370 mg/ml) mit einer Flussrate von 4–10 ml/s verabreicht. Die relativ hohen Flussraten, welche insbesondere für die Quantifizierung mittels Kompartimentanalyse erforderlich sind, verdeutlichen die Notwendigkeit eines großkalibrigen, venösen Zuganges. In der arteriellen (»first-pass«-) Phase, typischerweise zwischen 45 und 60 s p.i., sind Frequenzen von 1 Akquisition alle 1–3 s üblich. Um in der 2. Phase über die Umverteilung des KM in den Extrazellularraum die Kapillarpermeabilität zu beurteilen, können zusätzlich weitere Bilder innerhalb von 2–10 min akquiriert werden, wobei die Akquisitionsfrequenz reduziert werden kann. > Um die Strahlenexposition zu begrenzen, wird 4 ein niedrigeres Röhrenstrom-Zeit-Produkt als bei Standardakquisitionen und 4 eine niedrigere Röhrenspannung (100 oder selten 80 kV) gewählt. 6
c
. Abb. 20.1 CT-Perfusion bei akutem Mediainfarkt links. Axiales natives CT-Bild (a), farbskalierte Darstellungen von Blutfluss (b) und Blutvolumen (c) sowie CT-Angiographie (d)
20
d
des Gehirns mit reduziertem Blutfluss und Blutvolumen im Versorgungsgebiet der Arteria cerebri media links bei Verschluss im M1-Segment (Pfeil in d)
. Tab. 20.2 Patientenvorbereitung und -lagerung Patientenvorbereitung
4 Großkalibriger peripherer Venenzugang (z. B. grüner Venflon®, 18 G) für die KMApplikation mit hohen Flussraten, die bei der CT-Perfusion nötig sind 4 Optimale Instruktion des Patienten zum Atemanhalten (bei kurzen Akquisitionsintervallen Atempause während der ganzen Untersuchung, bei längeren Akquisitionsintervallen gemäß Atemkommando)
Patientenlagerung
4 Untersuchung des Schädels: seitlich angelegte Arme 4 Untersuchung des Körperstamms: elevierte Arme
Untersuchungsbereich
4 Wird anhand des Topogramms und evtl. einer vorgängigen nativen Datenakquisition festgelegt
10 4 cm (Detektorbreite) 45–60 1/3 s 50 ml, 7–10 ml/s
5 4 cm (Detektorbreite) 45–60 1/1 s 40 ml, 4–7 ml/s
5 4 cm (Detektorbreite) 75 1/1 s während 40 s, 1/3 s während weiterer 35 s 35 ml, 7 ml/s
Schichtdicke (mm) Untersuchungsdauer (s) Akquisitionsfrequenz
Untersuchungsvolumen (z-Achse)
Kapitel 20 · CT-Perfusion
Kontrastmittel (Volumen, Flussrate)
184
Hierbei muss ein Kompromiss zwischen hoher zeitlicher Auflösung bei rasch aufeinanderfolgenden Akquisitionen und erhöhtem Bildrauschen gefunden werden (7 Kap. 23).
Die Wahl des geeigneten Protokolls ist auch abhängig von der Quantifikationsmethode. Da die Dekonvolutionsanalyse weniger als die Kompartimentanalyse durch Bildrauschen beeinflusst wird, kann hier bei gleicher Dosis das Röhrenstrom-Zeit-Produkt zugunsten einer höheren Akquisitionsfrequenz reduziert werden. Beispiele von CT-Perfusionsprotokollen zur Quantifizierung der Organ- und Tumorperfusion finden sich in . Tab. 20.3.
20.6
Die diagnostische Aussagekraft der CT-Perfusion beruht auf den quantitativen Parametern BF und BV sowie deren Unterschiede im untersuchten Gewebe. Zur Visualisierung dieser Parameter können farbskalierte Bilder der einzelnen Parameter generiert werden (. Abb. 20.2). Eine Übersicht über diagnostische Aspekte verschiedener Anwendungen der CT-Perfusion findet sich in . Tab. 20.1.
100–250 100 Tumorperfusion 2 (für Kompartimentsanalyse)
50–100 100 Tumorperfusion 1 für Dekonvolutionsanalyse
200 80 Hirnperfusion
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs) Röhrenspannung (kVp) Protokoll
. Tab. 20.3 Ausgewählte Protokolle für die CT-Perfusion
20.7
20
Diagnostische Aspekte
Spezielle Untersuchungstechniken: Erweiterung des Untersuchungsvolumens
Das Untersuchungsvolumen bei der CT-Perfusion entspricht üblicherweise wenigen Schichten oder der gesamten aktiven Detektorbreite des Geräts (z. B. 4 cm bei der 64-Zeilen-CT). So sind zwischen den einzelnen Akquisitionen keine Bewegungen des Untersuchungstischs nötig. Darüber hinaus muss die z-Achse des Untersuchungsvolumens auf das notwendige Minimum beschränkt werden; damit sinkt die Strahlenexposition. Für manche Fragestellungen kann es aber notwendig sein, das Untersuchungsvolumen der CT-Perfusion zu erweitern, z. B. zur Evaluation multipler Lebermetastasen in verschiedenen Lebersegmenten. Neben der Erweiterung des Untersuchungsvolumens durch die Verwendung eines Scanners mit höherer Detektor-
185 20.7 · Spezielle Untersuchungstechniken: Erweiterung des Untersuchungsvolumens
a
b
c
d
20
. Abb. 20.2 CT-Perfusion bei Lebermetastase. Axiales CTBild (a) sowie farbskalierte Darstellungen von Blutfluss (b), separat arterieller (c) und portalvenöser (d) Perfusion der Le-
ber bei Lebermetastase mit nekrotischem Zentrum (Pfeilspitze in a) und peripher erhöhtem arteriellem Blutfluss (Pfeil in c)
breite (z. B. bis zu 16 cm bei der 320-Zeilen-CT) bleibt alternativ die Bewegung des Untersuchungstischs während der Untersuchung. Einerseits kann die Tischbewegung zwischen den einzelnen Akquisitionen sequenziell erfolgen, wodurch abwechselnd 2, jeweils max. der Detektorbreite entsprechende Untersuchungsvolumina abgebildet werden. Andrerseits wird dabei der zeitliche Abstand der Einzelakquisition erhöht, weil die beiden Volu-
mina nicht gleichzeitig abgebildet werden können und zwischen den Akquisitionen zusätzlich die Tischbewegung erfolgen muss. Eine 2. Methode, durch Tischbewegung das Untersuchungsvolumen zu erweitern, besteht darin, eine Spiralakquisition mit kontinuierlicher Pendelbewegung des Tisches durchzuführen. Auch hier wird die max. mögliche Akquisitionsfrequenz reduziert.
186
Kapitel 20 · CT-Perfusion
20.8
Weiterführende Literatur
Goetti R, Leschka S, Desbiolles L et al (2010) Quantitative computed tomography liver perfusion imaging using dynamic spiral scanning with variable pitch: feasibility and initial results in patients with cancer metastases. Invest Radiol 45: 419–426 Kambadakone AR, Sahani DV (2009) Body Perfusion CT: Technique, Clinical Applications, and Advances. Radiol Clin North Am 47: 161–178 Konstas AA, Goldmakher GV, Lee TY, Lev MH (2009) Theoretic basis and technical implementations of CT perfusion in acute ischemic stroke, part 1: Theoretic basis. Am J Neuroradiol 30: 662–668 Konstas AA, Goldmakher GV, Lee TY, Lev MH (2009) Theoretic basis and technical implementations of CT perfusion in acute ischemic stroke, part 2: Technical implementations. Am J Neuroradiol 30: 885–892 Miles KA (1999) Tumour angiogenesis and its relation to contrast enhancement on computed tomography: a review. Eur J Radiol 30: 198–205 Miles KA (2003) Perfusion CT for the assessment of tumour vascularity: which protocol? The Br J Radiol 76: S36–S42
20
21
CT-gesteuerte Interventionen Lukas Hechelhammer
21.1
Einleitung
– 188
21.2
Indikationen
21.3
Patientenvorbereitung und -lagerung
21.4
Postinterventionelle Patientenüberwachung
21.5
Protokolle
21.6
Spezielle Untersuchungstechniken
21.6.1 21.6.2 21.6.3 21.6.4
Inklination der Gantry – 191 Atemlage – 191 Aero- und Hydrodissektion – 191 Koaxiale Nadeln – 192
21.7
Weiterführende Literatur
– 188 – 188
– 190 – 191
– 193
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_21, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 190
21
188
Kapitel 21 · CT-gesteuerte Interventionen
21.1
Einleitung
Bildgebungsgesteuerte Interventionen zur Diagnostik und Therapie sind aus dem klinischen Alltag nicht mehr wegzudenken. Aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit und ihres guten Auflösungsvermögen anatomischer Strukturen (Knochen, Fett, Muskulatur, Lunge etc.) entwickelte sich die CT zu einer beliebten Modalität für eine breite Anwendung bildgebungsgesteuerter Interventionen. Periinterventionell kann mittels CT die Progression einer Nadelspitze oder eines Katheters Schritt für Schritt verfolgt werden. Dies ermöglicht das zielgenaue Platzieren ohne unerwünschte Verletzungen benachbarter Organe. Je nach Fragestellung kann eine CT-gestützte Intervention auch mit anderen periinterventionellen Modalitäten kombiniert werden (z. B. Sonographie, Durchleuchtung).
21.2
Indikationen
CT-gesteuerte Interventionen können in 3 Gruppen zusammengefasst werden (. Tab. 21.1): 4 Interventionen zur Diagnostik 4 Interventionen zur Therapie 4 Kombination der beiden Einschränkungen dieser Indikationen ergeben sich häufig aus Interposition von Organen, die einen geeigneten Zugangsweg verhindert bzw. mit einer erhöhten Komplikationsrate verbunden ist. Durch
entsprechende Lagerungsmanöver und Techniken können jedoch häufig günstige Zugangswege geschaffen werden (. Tab. 21.3 und 7 Abschn. 21.6). In ausgewählten Fällen ist auch ein Zugang durch interponierte Organe oder Skelettanteile möglich (. Abb. 21.1).
21.3
Patientenvorbereitung und -lagerung
Jeder Intervention obligatorisch vorangestellt ist das Gespräch mit dem Patienten. Idealerweise findet dieses einige Tage im Voraus statt. Dies erlaubt, Kontraindikationen auszuschließen, das Vertrauen des Patienten zu gewinnen und den Ablauf der Intervention zu erklären. Bei diesem Gespräch soll der Patient auch über mögliche Komplikationen, die während oder nach der Intervention auftreten können, aufgeklärt werden. Ebenso wird er zu etwaigen Allergien oder Unverträglichkeiten gegen Kontrastmittel (7 Kap. 25), Desinfektionsmittel oder Lokalanästhetika befragt. Nach der mündlichen und schriftlichen Zustimmung des Patienten zur Intervention wird die unterschriebene Einverständniserklärung in den Akten des Patienten hinterlegt und aufbewahrt. Zur Vorbereitung einer Intervention gehört die Untersuchung des Blutbilds sowie des Gerinnungsstatus (d. h. mind. Hämoglobin, Thrombozyten sowie Prothrombinzeit und aktivierte partielle Thromboplastinzeit). Eine genaue Anamnese be-
. Tab. 21.1 Ausgewählte Indikationen für CT-gesteuerte Interventionen Diagnostische Interventionen
4 Feinnadelpunktionen zur Abklärung unklarer Befunde mittels Zytologie, Bakteriologie, Mykologie etc. 4 Stanzbiopsien zur Abklärung unklarer Befunde mittels Zytologie, Bakteriologie, Mykologie, Histologie und ggf. Immunhistologie 4 Kontrastmittelinjektion zur Evaluation und Darstellung von Abszessen, Fistelgängen, polylobulierter Flüssigkeitskollektionen wie Lymphozelen, Serome etc.
Therapeutische Interventionen
4 Lokale Applikation von Lokalanästhetika und/oder topischer Steroide bei Nervenwurzelirritationen, Gelenksarthrosen, Bursitiden etc. 4 Temporäre oder permanente Neurolyse (vegetativ oder somatisch) 4 Drainage infizierter und nichtinfizierter Flüssigkeitskollektionen 4 Thermoablative Therapie benigner oder maligner Tumoren 4 Zemento-/Vertebroplastie oder Kyphoplastie bei osteoporotischen Frakturen, benignen oder malignen ossären Prozessen
189 21.3 · Patientenvorbereitung und -lagerung
21
nativer Präparate zu treffen (z. B. Ersatz der OAK mittels niedrigmolekularer Heparine). . Tab. 21.2 beschreibt die periinterventionelle Handhabung krankheits- oder medikamentenbedingter Gerinnungsstörungen. Bei jedweder prä-, peri- oder postinterventioneller i.v.- oder i.a.-Gabe eines Röntgenkontrastmittels muss außerdem der Kreatininwert zum Ausschluss einer Niereninsuffizienz bestimmt werden (7 Kap. 26). Die empfohlene Patientenvorbereitung und -lagerung in Abhängigkeit von der geplanten Intervention ist in . Tab. 21.3 zusammengefasst. Praxistipp
. Abb. 21.1 Perkutane Radiofrequenzablation einer Lebermetastase eines Choroideamelanoms nach vorgängiger Xyphoidtrepanation mittels Knochenbiopsienadel
züglich Einnahme von Thrombozyten-Aggregationshemmern oder oraler Antikoagulatien (OAK) ist notwendig, um ggf. rechtzeitige präinterventionelle Verordungen zum Einnahmestopp oder alter-
50:50-Regel: Bei einem Quick > 50 % sowie Thrombozyten > 50 000/μl sind perkutane CTgesteuerte Interventionen mit einem in der Regel vertretbaren Blutungsrisiko durchführbar. Cave: Punktionen und Biopsien durch Aszites sind nicht mit einem signifikant erhöhten Blutungsrisiko assoziiert.
. Tab. 21.2 Periinterventionelle Handhabung krankheits- oder medikamentenbedingter Gerinnungsstörungen nach Blutungsrisiko Geringes Blutungsrisiko (z. B. oberflächliche Aspiration, Drainage oder Biopsie, exkl. intrathorakal/intraabdominal)
4 4 4 4 4 4
Plavix: kein Unterbruch Aspirin: kein Unterbruch Niedrigmolekulare Heparine: letzte Dosis auslassen Unfraktioniertes Heparin: Stopp 5 h vorher oder aPTT < 1,5 des Normwerts INR < 2,0: keine Korrektur mittels Fresh-Frozen-Plasma, Vitamin K Thrombozyten < 50 000/μl: Transfusionen
Mäßiges Blutungsrisiko (z. B. intraabdominale, retroperitoneale oder intrathorakale Drainage oder Biopsie, einfache Tumorablation)
4 4 4 4 4 4
Plavix: Stopp > 5 Tage vor Intervention Aspirin: kein Unterbruch Niedrigmolekulare Heparine: letzte Dosis auslassen Unfraktioniertes Heparin: Stopp 5 h vorher oder aPTT < 1,5 des Normwerts INR < 1,5: keine Korrektur Thrombozyten < 50 000/μl: Transfusionen
Erhöhtes Blutungsrisiko (z. B. komplexe Tumorablation, Nierenbiopsie)
4 4 4 4 4 4
Plavix: Stopp > 5 Tage vor Intervention Aspirin: Stopp > 5 Tage vor Intervention Niedrigmolekulare Heparine: letzte Dosis 24 h vor Intervention Unfraktioniertes Heparin: Stopp 5 h vorher oder aPTT < 1,5 des Normwerts INR < 1,5: keine Korrektur Thrombozyten < 50 000/μl: Transfusionen
190
21
Kapitel 21 · CT-gesteuerte Interventionen
. Tab. 21.3 Patientenvorbereitung und -lagerung Patientenvorbereitung
4 Peripherer Venenzugang bei Interventionen mit geplanter KM-Gabe, intravenöser Sedation/Analgesie oder erhöhtem Blutungsrisiko 4 Präinterventionelle Gabe von jodhaltigem KM per anal oder per os zur besseren Abgrenzbarkeit von Darmstrukturen bei abdominalen Abszessdrainagen oder Biopsien 4 Präinterventionelle Gabe von i.v.-KM zur periinterventionellen Kontrastierung des Ureters 4 Bei Interventionen mit intravenöser Sedation/Analgesie oder erhöhtem Risiko von perinterventioneller Emesis bzw. Blutungen mind. 4 h präinterventionelle Nüchternheit der Patienten garantieren
Patientenpositionierung
4 Rücken-, Bauch- oder Seitenlage 4 Modifikationen der Patientenlage: Kissen unter den Bauch zur Reduktion einer lumbalen Lordose, Kissen unter dem Thorax zur Erweiterung eines Interkostalraums, Elevation eines Armes zur Lageänderung der Klavikula etc.
Untersuchungsbereich
4 Nach Indikation 4 Im Anschluss an eine thorakale Intervention: obere Thoraxapertur bis unterhalb des posterioren pleuralen Rezessus zum Ausschluss eines Pneumothorax 4 Im Anschluss an komplizierte und lange Interventionen: Kontroll-CT zum Ausschluss einer Blutung
21.4
Postinterventionelle Patientenüberwachung
In Abhängigkeit des Allgemeinzustands des Patienten sowie der durchgeführten Intervention empfiehlt sich eine mind. 4-stündige postinterventionelle Überwachung nach Interventionen mit mäßigem bis erhöhtem Blutungsrisiko. In diesem Zeitraum tritt der Großteil der klinisch relevanten Blutungskomplikationen auf.
21.5
Protokolle
In der Regel können grundsätzlich 3 verschiedene Modi unterschieden werden, welche bei CT-gesteuerten Interventionen angewandt werden: 1. CT-Fluoroskopie: Echtzeitdarstellung mit mehreren Bildern pro Sekunde. Dies erlaubt die Durchführung von Interventionen an atemabhängigen bzw. stark mobilen Läsionen. Der Modus ist mit sonographisch gesteuerten Interventionen vergleichbar. Aufgrund der kontinuierlichen Bildakquisition besteht jedoch die Gefahr, in relativ kurzer Zeit eine hohe Strahlendosis zu applizieren. 2. Sequenzielle Datenakquisition: Nach der Akquisition der Daten während einer Röhrenumdrehung – ohne die Bewegung des Patienten-
tischs (7 Kap. 3) – erfolgt die Errechnung eines einzelnen oder mehrerer konsekutiver Schnittbilder. Mit geringer Verzögerung stehen die errechneten Bilder zur Verfügung, sodass im Normalfall während einer Apnoephase des Patienten noch eine Nadelkorrektur durchgeführt werden kann. Bei dem Modus der CT-Sequenz kann eine kraniokaudale oder kaudokraniale Kippung der Nadel sofort erkannt und problemlos korrigiert werden. 3. Spiral-CT: Bei gewissen Fragestellungen genügen einzelne periinterventionelle Schnittbilder nicht, sodass größere Datenvolumina mittels Spiral-CT (7 Kap. 3) akquiriert werden müssen. Diese können dann multiplanar reformiert werden. Aufgrund der schnellen Volumenerfassung mittels moderner CT-Scanner ist die Versuchung jedoch groß, perinterventionell zu häufig und zu große Datenmengen zu akquirieren. Dies vergrößert wiederum die applizierte Strahlendosis der Intervention. Dosisreduktionsprotokolle In den letzten Jahren wurden durch verschiedene Hersteller Protokolle entwickelt, um die Strahlendosis während einer CT-Intervention zu reduzieren. Das Ziel ist eine »ausreichende Bildqualität« bei minimaler Dosis zu erreichen. Was als ausreichend beurteilt wird, hängt jedoch häufig von der Erfahrung des Untersuchers ab.
191 21.6 · Spezielle Untersuchungstechniken
21
Praxistipp
Bei einem dünnen Erwachsenen genügt ein Röhrenstrom von < 30 mA für den Großteil der Interventionen.
Je nach Hersteller stehen verschieden Protokolle zur Dosisreduktion zur Verfügung. Während ein Großteil dieser Protokolle primär zur Dosisreduktion während diagnostischer CT-Untersuchungen entwickelt wurde (7 Kap. 23), stehen andere spezifische Protokolle zur Dosisreduktion während CT-gesteuerter Interventionen zur Verfügung. So gibt es z. B. CT-Protokolle, welche während der CT-Fluoroskopie sektoriell, d. h. anteroposterior, keine Strahlen applizieren, damit die Hand des Untersuchers nicht unnötig exponiert wird. > Die besten Protokolle zur Dosisreduktion nützen nichts, wenn sie nicht angewendet werden. Alternative bildgebende Verfahren zur Dosisreduktion müssen berücksichtigt werden (Durchleuchtung, Sonographie, MRT).
21.6
. Abb. 21.2 Durch die Kippung der Gantry lässt sich eine transpulmonale bzw. transrezessale Punktion der subdiaphragmalen Leberläsion (blauer Kreis) vermeiden (durchgezogene blaue Linie), im Gegensatz dazu der alternative Zugangsweg ohne Kippung (gestrichelte blaue Linie)
21.6.2
Die Lage intrathorakaler und intraabdominaler Organe verändert sich durch die Atmung. Durch eine Apnoe in Inspirations-, Exspirations- oder Atemmittellage können sich interponierte Organe und Strukturen so verschieben, dass ein Zugangsweg für die individuelle Intervention ersichtlich wird.
Spezielle Untersuchungstechniken 21.6.3
In diesem Abschnitt werden Techniken diskutiert, die zur Durchführung und Vereinfachung von CTgesteuerten Interventionen angewendet werden.
21.6.1
Atemlage
Inklination der Gantry
Die kraniokaudale oder kaudokraniale Inklination (d. h. Kippung) der Gantry ermöglicht gewisse Interventionen, die auf den ersten Blick oft nicht durchführbar erscheinen. Ohne große Verrenkungen oder Umlagerungen des Patienten ergibt sich bereits aus der Kippung der Gantry ein Zugangsweg, welcher primär nicht ersichtlich ist (. Abb. 21.2).
Aero- und Hydrodissektion
Ein ersichtlicher Zugangsweg kann kurzstreckig durch ein interponiertes Organ (Darm, Niere, Lunge etc.) obstruiert sein. Dieses Organ kann in unmittelbarem Kontakt zur Läsion, welche abladiert oder biopsiert werden soll, stehen. In solchen Fällen kann durch die Injektion von Lokalanästhetika, NaCl-Lösung oder – im Fall einer Radiofrequenzablation – Glukoselösung versucht werden, dieses Organ zu verdrängen oder einen möglichen, jedoch sehr schmalen Zugangsweg zu erweitern. Das gleiche Verfahren kann an ausgewählten Lokalisationen auch durch die Insufflation von Luft oder Kohlendioxid (CO2) erreicht werden (. Abb. 21.3). Je nach Lage des Patienten kann die Schwerkraft zu Hilfe genommen werden. Es gilt: Flüssigkeit wird eher absinken, Gas eher aufsteigen.
192
Kapitel 21 · CT-gesteuerte Interventionen
21
a
a
b
b . Abb. 21.3 Perkutane Radiofrequenzablation einer Nebennierenkarzinommetastase vor (a) und nach (b) Anlage eines Pneumoretroperitoneums c
21.6.4
Koaxiale Nadeln
Im Gegensatz zu Infiltrationen oder Feinnadelpunktionen werden für Biopsien, Drainagen oder lokal ablative Verfahren häufig dickere Nadeln oder Koaxialsysteme verwendet. Um mögliche Organverletzungen zu vermeiden und/oder eine suffiziente lokale Anästhesie zu erreichen, kann vorgängig eine sehr dünne Nadel (z. B. 22 G) bis zum Ziel vorgeschoben werden. In einem 2. Schritt
. Abb. 21.4 Diagnostische Biopsie eines interaortokavalen Lymphknotens (a, Pfeil). Nach erfolgreicher Punktion mittels 22-G-Chiba-Nadel (b) Vorschieben einer 16-G-Koaxialkanüle und problemlose Biopsie mittels 18-G-Biopsienadel (c)
kann dann über diese Nadel eine größerkalibrige koaxiale Kanüle vorgeschoben werden, über welche dann final und nach Entfernung der dünnen Nadel die eigentliche Intervention durchgeführt wird (. Abb. 21.4).
193 21.7 · Weiterführende Literatur
Dies hat 2 Vorteile: Erstens erfolgen allfällige unbeabsichtigte Organverletzungen lediglich mit der dünnen Nadel, sodass das Komplikationsrisiko deutlich vermindert ist. Zweitens können über diese dünne Nadel auch Gase oder Flüssigkeiten appliziert werden, um eine Aerooder Hydrodissektion zu erreichen (7 Abschn. 21.6.3).
21.7
Weiterführende Literatur
Atwell TD, Smith RL, Hesley GK, Callstrom MR, Schleck CD, Harmsen WS, Charboneau JW, Welch TJ (2010) Incidence of bleeding after 15’181 percutaneous biopsies and the role of aspirin. AJR Am J Roentgenol 194: 784–789 Dixon RG, Ogden K (2010) Optimizing Dose in Computed Tomographic guided Procedures. Tech Vasc Inerv Radiol 13: 172–175 Kastler B, Couvreur M, Pereira P, Litzler JF (2006) Computertomography-guided Percutaneous Interventions. In: Kastler B (Hrsg) Interventional Radiology in Pain Treatment, 1.Aufl. Springer, Berlin, S 25–42 Little AF, Ferris JV, Dodd GD, Baron RL (1996) Image-guided percutaneous hepatic biopsy: effect of ascites on the complication rate. Radiology 199: 79–83 Lucey BC, Varghese JC, Hochberg A, Blake MA, Soto JA (2007) CT-Guided Intervention with Low Radiation Dose: Feasibility and Experience AJR Am J Roentgenol 188: 1187– 1194 Malloy PC, Grassi CJ, Kundu S, Gervais DA, Miller DL, Osnis RB, Postoak DW, Rajan DK, Sacks D, Schwartzberg MS, Zuckerman DA, Cardella JF (2009) Consensus guidelines for periprocedural management of coagulation status and hemostasis risk in percutaneous image-guided interventions. J Vasc Interv Radiol 7: 240–249
21
IV
Sicherheit und Risiken Kapitel 22
Strahlenexposition Paul Stolzmann
– 197
Kapitel 23
Strategien zur Strahlendosisreduktion Paul Stolzmann und Hatem Alkadhi
Kapitel 24
CT in der Schwangerschaft Hatem Alkadhi
Kapitel 25
Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel Hatem Alkadhi
– 201
– 209
– 217
Kapitel 26
Kontrastmittelinduzierte Nephropathie Hatem Alkadhi
– 227
Kapitel 27
Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit – 233 Johannes M. Fröhlich und Rahel A. Kubik-Huch
Kapitel 28
CT bei Kindern – 241 Peter Waibel und Sebastian Leschka
Kapitel 29
Checklisten zur systematischen Bildanalyse
– 249
22
Strahlenexposition Paul Stolzmann
22.1 Einleitung
– 198
22.2 Parameter der Strahlenexposition
– 198
22.3 Strahlenexposition und kanzerogenetisches Risiko 22.4 Weiterführende Literatur
– 200
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_22, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 199
22
198
Kapitel 22 · Strahlenexposition
22.1
Einleitung
Zur Definition der Strahlenexposition stehen in der Radiologie zahlreiche Parameter zur Verfügung. Die Kenntnis der dosisrelevanten Protokollparameter und das Erlernen ihrer Eigenschaften und Zusammenhänge liefert die Grundlage für den adäquaten Strahlenschutz des Patienten.
22.2
Parameter der Strahlenexposition
Energiedosis Die Energiedosis D (Gy = J/kg) beschreibt die mittlere Energie dE, die durch ionisierende Strahlung in den spezifischen Absorber eingebracht wird. Der spezifische Absorber wird durch seine Masse dm entsprechend seiner Dichte ρ und seines Volumens dV charakterisiert.
D=
1 dE dE = = . dm p dV
»Computed Tomography Dose Index« Der »Computed Tomography Dose Index« (CTDIvol) ist der CT-Parameter der absorbierten Dosis D (mGy) im Untersuchungsvolumen. Der CTDIvol berücksichtigt die örtliche Separation der einzelnen Strahlendosisprofile. Diese örtliche Separation ist abhängig vom Pitch. In der CT-Dosimetrie repräsentiert der CTDIvol den Parameter mit der größten Relevanz. Es gilt der folgende Zusammenhang:
> Der CTDIvol ist umgekehrt proportional zum Pitch: 1 CTDIvol ~ . Pitch CTDIvol Volume Computed Tomography Dose Index
Die Anzeige des CTDIvol auf der Konsole ermöglicht den Vergleich der Dosis verschiedener Protokolle. Cave: Der angegebene CTDIvol wird anhand eines standardisierten Phantoms geeicht. Die gemessene, absorbierte Dosis wird daher bei kleinen Volumina (z. B. Kinder und schlanke Patienten) durch den CTDIvol unterschätzt, die Dosis bei großen Volumina (z. B. adipöse Patienten) überschätzt.
> Der CTDIvol ist keine Messgröße der effektiven Strahlendosis, sondern der Energiedosisleistung des CT-Systems. jDosis-Längen-Produkt
Der Parameter Dosis-Längen-Produkt (DLP) charakterisiert die gesamte Energie, die während der CT-Untersuchung appliziert wird und besitzt die Einheit (mSv × cm). Das Dosis-Längen-Produkt ist das Integral des CTDIvol entlang der z-Achse und ähnelt dem Dosis-Flächen-Produkt in der Projektionsradiographie. jEffektivdosis
Die effektive Dosis (mSv) beschreibt das stochastische Risiko eines biologischen Schadens durch ionisierende Strahlung unter Einbeziehung der relativen Strahlenempfindlichkeit der exponierten Organe. Eeff =
> w · xE ; > w = 1. i
i
i
i
i
Eeff effektive Dosis, wi organspezifischer Wichtungsfaktor, Ei Organdosis > Für γ-Strahlen entspricht der biologische Strahlenwichtungsfaktor wR = 1. Daher gilt: Energiedosis E = Äquivalentdosis H.
Die effektive Dosis wird auf Basis eines mathematischen Modells geschätzt und wird für das männliche und weibliche Geschlecht gemittelt. Es reflektiert keine interindividuell unterschiedlichen Faktoren wie z. B. Alter. Dagegen setzt die effektive Dosis die Strahlenbelastung einer Teilkörperbestrahlung in Relation zu einer Ganzkörperbestrahlung und erlaubt den Vergleich des biologischen Effekts verschiedener CT-Technologien, CT-Untersuchungen (. Tab. 22.1) und Modalitäten. Zum Vergleich: Die effektive Dosis, die durch die jährliche Hintergrundstrahlung verursacht wird, beträgt ca. 4 mSv (. Abb. 22.1) in der Schweiz, für konventionelle Röntgenaufnahmen des Thorax in 2 Ebenen 0,05–0,1 mSv und für eine Flugreise von Hamburg nach London 0,001 mSv. Die medizinische Strahlenexposition trägt mit ca. 40 % zur jährlichen Strahlenexposition bei. Wei-
22
199 22.3 · Strahlenexposition und kanzerogenetisches Risiko
. Tab. 22.1 Ungefähre effektive Dosis verschiedener CT-Untersuchungsregionen Region
Dosis (mSv)
Schädel
1–2
HWS/LWS
3
Thorax
5–7
Abdomen
5–7
Abdomen und Becken
8–11
. Tab. 22.2 Konversionsfaktoren κ
mSv mGy × cm
verschiedener CT-Untersuchungsregionen nach Patientenalter (Angaben gem. IRCP-Report #61) Patientenalter
1 Lebensjahr
10 Lebensjahre
Erwachsener
Schädel
0,0067
0,0032
0,0021
Hals
0,012
0,0079
0,0059
Schädel und Hals
0,0085
0,0042
0,0031
Thorax
0,026
0,013
0,014
Abdomen und Becken
0,030
0,015
0,015
Praxistipp
Berechnen Sie die individuelle effektive Dosis der CT-Untersuchung durch die Multiplikation des Dosis-Längen-Produkts DLP des individuellen Untersuchungsprotokolls mit dem geeigneten Konversionsfaktor κ (. Tab. 22.2). . Abb. 22.1 Durchschnittliche Strahlendosis der Schweizer Bevölkerung 2009. Ähnliche Verteilungen in Deutschland und Österreich
tere Strahlenbelastungen ergeben sich durch: Einatmen von Radon (27 %), terrestrische Strahlung (14 %), kosmische Strahlung (8 %) und sonstige Strahlung (10 %) (. Abb. 22.1). Die »European Working Group for Guidelines on Quality Criteria in CT« empfiehlt eine Abschätzung der in der radiologischen Routine applizierten Dosis durch die Approximation der effektiven Dosis durch die Multiplikation des Dosis-Längen-Produkts mit dem untersuchungsregionspezifischen mSv Konversionsfaktor κ (. Tab. 22.2): mGy × cm Eeff = κ × DLP. Eeff effektive Dosis, κ untersuchungsregionspezifischer Konversionsfaktor, DLP Dosis-Längen-Produkt
> Für die genauere Simulation der effektiven Dosis sind folgende Faktoren wichtig: Alter, Geschlecht, Organdosen, organspezifische Risiken. . Tab. 22.3 fasst die wichtigsten CT- Dosisbegriffe
und ihre physikalische Abhängigkeit von Protokollparametern zusammen.
22.3
Strahlenexposition und kanzerogenetisches Risiko
Bei der Betrachtung des Risikos eines biologischen Schadens handelt es sich um ein stochastisches Risiko. Aussagen über Dosis-Effekt-Beziehungen zwischen Strahlendosis und Auftreten von Krebsfällen sind im Bereich niedriger Dosen auf Hypothesen angewiesen. Auf der Basis einer linearen Dosis-Effekt-Beziehung (»linear-no-threshold hypothesis«) schätzen wir ein Risiko von 5 %/1 Sievert (Cave: die
200
Kapitel 22 · Strahlenexposition
. Tab. 22.3 CT-Dosisbegriffe und ihre physikalischen Abhängigkeiten Einheit
Bedeutung
Abhängigkeit
CTDIvol
mGy
Mittlere Energiedosis im Volumen
kVp, mAs, Pitch
Dosis-Längen-Produkt DLP
mGy × cm
Patientenexposition
Scanlänge
Effektive Dosis Eeff
mSv
Biologisches Risiko
Konversionsfaktoren
22
effektive Dosis der CT ist in etwa um den Faktor 103 kleiner). Darüber hinaus stellt die große Streuung der Dosis-Wirkungs-Kurven ein wichtiges Argument in der Diskussion über strahleninduzierte Kanzerogenese dar. Zahlenwerte sind erst über 200 mSv statistisch signifikant verschieden. > Dem Risiko einer Exposition mit ionisierender Strahlung steht immer das Risiko der nicht durchgeführten Untersuchung und der gestellten bzw. vermeintlich verpassten Diagnose gegenüber.
22.4
Weiterführende Literatur
Boone JM, Geraghty EM, Seibert JA, Wootton-Gorges SL (2003) Dose reduction in pediatric CT: a rational approach. Radiology 228: 352–360 Grupen C, Werthenbach U (2008) Grundkurs Strahlenschutz : Praxiswissen für den Umgang mit radioaktiven Stoffen. Berlin, Springer McCollough CH, Primak AN, Braun N, Kofler J, Yu L, Christner J (2009) Strategies for reducing radiation dose in CT. Radiol Clin North Am 47: 27-40 Steinmann P, Estier S (2010) Umweltradioaktivität und Strahlendosen in der Schweiz 2009/Radioactivité de l’environnement et doses de rayonnement en Suisse 2009. Sektion Umweltradioaktivität (URA), BAG, Bern
23
Strategien zur Strahlendosisreduktion Paul Stolzmann und Hatem Alkadhi
23.1
Einleitung
– 202
23.2
Grundsätze des Strahlenschutzes
23.2.1 23.2.2 23.2.3
Rechtfertigung der Strahlenexposition – 202 Optimierung der Strahlenexposition gem. ALARA-Prinzip Diagnostische Referenzwerte – 202
23.3
Gerätespezifische Einflussfaktoren
23.4
Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA
23.4.1 23.4.2
Parameterspezifische Strategien zur Dosisreduktion – 204 Protokollspezifische Strategien zur Dosisreduktion – 208
23.5
Weiterführende Literatur
– 202 – 202
– 203
– 208
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_23, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 203
23
202
Kapitel 23 · Strategien zur Strahlendosisreduktion
23.1
Einleitung
Die CT hat seit ihrer Einführung in den letzten 30 Jahren einen großen Stellenwert in der radiologischen Diagnostik gewonnen. Heute zählt die CT zu den aussagekräftigsten Verfahren, geht jedoch im Vergleich zu anderen Röntgenuntersuchungen mit einer höheren Strahlenexposition pro Untersuchung für den Patienten einher. CT-Untersuchungen stellen kumulativ ca. 10 % der Röntgenuntersuchungen dar; ca. 40 % der Kollektivdosis wird dabei durch die CT appliziert. Dies ist auf die Ausweitung der Indikationen für CT-Untersuchungen und die vermehrte Verwendung hochauflösender und mehrphasiger Untersuchungsprotokolle zurückzuführen. Ein adäquater Umgang mit ionisierender Strahlung ist daher für den optimierten diagnostischen Einsatz der CT entscheidend. Dieses Kapitel erklärt und vermittelt Strategien zur Dosisoptimierung bei der Verwendung der CT.
23.2
Grundsätze des Strahlenschutzes
Der Nutzen der Röntgenuntersuchung für den Patienten muss stets das assoziierte potenzielle Risiko überwiegen. Der Optimierungsansatz setzt darüber hinaus fest, dass alle Maßnahmen ergriffen werden sollen, um die Dosis zu minimieren.
23.2.1
Rechtfertigung der Strahlenexposition
Die »Grundsätze des Strahlenschutzes« – in nationalen Gesetzen zum Strahlenschutz der Schweiz, Deutschlands und Österreichs festgehalten – fordern, dass der Vorteil für den Patienten, der durch die Untersuchung gewonnen wird, das geschätzte potenzielle Risiko der Strahlenexposition überwiegt. Ein optimaler Strahlenschutz beginnt daher mit der sorgfältigen Prüfung der Indikation der radiologischen Untersuchung. Die Rechtfertigung der Strahlenexposition obliegt daher der Verantwortlichkeit des überweisenden Arztes und des Radiologen gleichermaßen.
Eine Hilfestellung bei der Auswahl der adäquaten Untersuchungsmodalität und des geeigneten CT-Protokolls bietet das American College of Radiology (www.acr.org/ac). Die dort veröffentlichten »Appropiateness Criteria« faktorisieren die assoziierte Strahlenexpositionen und die aktuelle Datenlage. Weitere Richtlinien sind die »Referral Guidelines for Imaging« der European Commission (ec. europa.eu) und des »The Royal College of Radiologists« des Vereinten Königreichs (www.rcr.ac.uk).
23.2.2
Optimierung der Strahlenexposition gem. ALARA-Prinzip
Das sog. ALARA-Prinzip gilt als elementare Leitlinie zum Optimierungsgrundsatz im Strahlenschutz. ALARA kürzt »As Low As Reasonably Achievable« ab; ALARA fordert, beim Umgang mit ionisierender Strahlen die Strahlenbelastung so gering zu halten, wie dies vernünftigerweise machbar ist, d. h. unter Gewährleistung der diagnostischen Genauigkeit. Dieses Prinzip hat sich zu einem europäischen Sicherheitsstandard etabliert und findet sich in nationalen Gesetzgebungen.
23.2.3
Diagnostische Referenzwerte
Neben den Grundsätzen für die Rechtfertigung und die Optimierung der Strahlenexposition werden von den nationalen Behörden diagnostische Referenzwerte für verschiedene computertomographische Untersuchungen publiziert. Diese besitzen Gültigkeit als Richtwerte; es gibt keine Dosisbeschränkungen für den einzelnen Patienten bei der medizinischen Anwendung ionisierender Strahlung. > Für den Patienten gibt es keine gesetzlichen Dosisbeschränkungen bei der medizinischen Strahlenanwendung.
Publizierte diagnostische Referenzwerte in der medizinischen Diagnostik haben zum Zweck, diejenigen klinischen Situationen zu erkennen, in denen die Strahlenbelastung für den Patienten oberhalb der üblichen Untersuchungspraktik liegt. Dieses Prinzip ist international anerkannt und hat sich als wichtiges Hilfsmittel zur Optimierung der Patien-
23
203 23.4 · Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA
. Tab. 23.1 Diagnostische Referenzwerte für computertomographische Untersuchungen nach Indikation für die Schweiz, Deutschland und Österreich CT-Untersuchung
Schweiz
Deutschland
Österreich
CTDIvol (mGy)
DLP (mGy × cm)
CTDIvol (mGy)
DLP (mGy × cm)
CTDIvol (mGy)
DLP (mGy × cm)
Hirn/Schädel
65
1000
65
950
–
1300
Thorax
10
400
12
400
–
550
Oberbauch
15
400
20
450
–
740
Abdomen
15
650
20
900
–
1200
Becken
20
500
20
450
–
650
30
850
16
500
–
550
Lendenwirbelsäule
Bundesamt für Gesundheit BAG Merkblatt R-06-06
Bundesamt für Strahlenschutz BfS Bundesanzeiger 2010; 111: 2594– 2596
tendosis etabliert. Nationale Referenzwerte für die Schweiz, Deutschland und Österreich für verschiedene, häufig durchgeführte Untersuchungen sind in . Tab. 23.1 zusammengefasst. Bei einer regelmäßigen Überschreitung dieser Werte muss die erhöhte Dosis gerechtfertigt oder durch geeignete Optimierungsmaßnahmen reduziert werden.
23.3
Bundesamt für Strahlenschutz BfS Bundesgesetzblatt I.II, Nr. 197
tungsartefakte (7 Kap. 4). Spezielle Formen dieser Filter erlauben außerdem die Modulation peripherer Strahlungsanteile; sie tragen zur Homogenisierung der Dosisverteilung bei. Weitere wichtige gerätespezifische Einflussfaktoren sind durch die Empfindlichkeit der Detektoren, die geometrische Effizienz, d. h. die aktive Detektorfläche, und die Effizienz des Röntgenstrahls in z-Richtung determiniert.
Gerätespezifische Einflussfaktoren 23.4
Gerätespezifische, die CT-Dosis bestimmende Faktoren beinhalten die Gantrygeometrie. Ein großer Fokus-Achsen-Abstand reduziert dabei die Strahlenexposition. Darüber hinaus ist die Realisierung der Blendennachführung wichtig. Fliehkräfte und Spiel in der Lagerung führen zu mechanischen und die Erwärmung des Anodentellers zu thermischen Instabilitäten. Um eine vollständige Abdeckung der Detektorzeilen dennoch zu erreichen, wird die Blendenkollimation entsprechend der Fokuslage nachgeführt. Die Filterung der austretenden Röntgenstrahlung hat einen signifikanten Einfluss auf die Strahlenexposition des Patienten. Die niederenergetischen Anteile werden – meist mittels eines Aluminium- oder Zinnfilters – herausgefiltert. Diese Aufhärtung reduziert zusätzlich Aufhär-
Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA
Im Gegensatz zur Technik der traditionellen Projektionsradiographie erscheinen CT-Bilder niemals »über- oder unterbelichtet«. Sie sind niemals zu hell oder zu dunkel, da CT-Bilder normalisierte Schwächungswerte relativ zur Wasser- und Luftdichte (7 Kap. 3) darstellen. Um also ein CT-Bild von angemessener Bildqualität zu erhalten, ist der CT-Benutzer nicht gezwungen, die Parameter an die Patientengröße anzupassen. Er ist jedoch in der Verantwortung, die Strahlendosis gem. des ALARA-Prinzips zu optimieren. Deshalb ist die Betrachtung der Bildqualitätsparameter und adäquate Einstellung der Protokollparameter nach individueller Patientenanatomie von entscheidender Bedeutung im Strahlenschutz.
204
Kapitel 23 · Strategien zur Strahlendosisreduktion
Strategien zur Dosisreduktion werden anschließend in parameter- und protokollspezifische Strategien unterschieden.
23
23.4.1
Parameterspezifische Strategien zur Dosisreduktion
jTopogramm
Strategien zur Dosisreduktion betreffen nicht nur die Untersuchung selbst, sondern bereits ihre Planung. Durch geeignete Einstellungen (s. Kasten »Praxistipp«) lässt sich die Dosis des Topogramms auf ca. ein Fünftel reduzieren. Die Dosis des Topograms entspricht dann der Strahlendosis einer konventionellen Röntgenaufnahme des Thorax. Dies ist ohne einen subjektiv erkennbaren Qualitätsverlust des Topogramms möglich. Praxistipp
Die Dosis des Topogramms wird reduziert durch 4 die Auswahl einer niedrigen Röhrenspannung, d. h. 80 kVp, 4 die Auswahl eines niedrigen RöhrenstromZeit-Produkts, 4 die Einstellung eines posteroanterioren Strahlengangs.
Durch die Einstellung einer Untertischposition der Röntgenröhre wird ein posteroanteriorer Strahlengang erreicht. Es werden dann niederenergetische Photonen zuerst durch den Untersuchungstisch durch den Patienten absorbiert, die Patientendosis (bzw. die Mammadosis) wird signifikant reduziert.
trolle der aktuellen Belichtung bzw. des Detektorsignals. Die Strahlendosis lässt sich unter Verwendung dieser Techniken und in Abhängigkeit der Anatomie des Patienten um ca. 50 % reduzieren, da die Dosis E proportional zum Röhrenstrom I ist. Es gilt: E ~ I. E Dosis, I Röhrenstrom jAutomatische Expositionskontrolle (Automatic Exposure Control)
Unter der automatischen Expositionskontrolle versteht man die automatische Adjustierung des Röhrenstroms in Echtzeit während der CT-Datenakquisition, basierend auf der Stärke des Detektorsignals. Diese Methode funktioniert analog der Belichtungszeitkontrolle während der traditionellen Projektionsradiographie. Diese Reduktionsstrategie senkt die Strahlendosis um 20–40 % bei erhaltener Bildqualität. > Bei der Bildgebung adipöser Patienten werden die Röntgenstrahlen überproportional stark geschwächt. Das Bildrauschen steigt daher trotz automatischer Expositionskontrolle mit linearer Anpassung des Röhrenstroms an die Schwächung an.
Die Modulation des Röhrenstroms erfolgt optimal in x-, y-Richtungen (z. B. unterschiedliche anterolaterale vs. laterale Projektionen) und in z-Richtung (z. B. Lunge/Thorax vs. Leber/Abdomen, . Abb. 23.1).
jModulation des Röhrenstroms
Die Modulation des Röhrenstroms beschreibt die Anpassung des Röhrenstroms entsprechend der Röntgenstrahlschwächung durch den Patienten. Bei dieser Modulation des Röhrenstroms dient das Schwächungsprofil als Modulationsgrundlage, d. h., es handelt sich um die schwächungswertbasierte Modulation. Als weitere Möglichkeit kann die Belichtung während der Untersuchung überwacht werden (s. unten »Automatische Expositionskontrolle«). Diese Kontrollschleife erlaubt dann die zusätzliche Modulation des Röhrenstroms in Echtzeit unter Kon-
. Abb. 23.1 Schwächungsbasierte Modulation des Röhrenstroms basierend auf der unterschiedlichen Schwächung in x-, y- und z-Richtung des Patienten
205 23.4 · Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA
> Die schwächungswertbasierte Modulation des Röhrenstroms führt zu einem gleichmäßig starken Bildrauschen trotz unterschiedlicher Schwächungen von Schicht zu Schicht und Projektionswinkeln. Praxistipp
Bei EKG-getriggerten Herzuntersuchungen mit der Spiral-CT in Kombination mit langsamen Pitch-Werten lässt sich durch die Verminderung des nominalen Röhrenstroms auf 4–20 % während der Systole – sog. EKG-basierte Röhrenstrommodulation – eine Dosisreduktion um bis zu 50 % erreichen. Die diagnostische Qualität ist durch die diastolischen Rekonstruktionen gewährleistet (7 Kap. 15).
Die verschiedenen CT-Geräte-Hersteller verwenden verschiedene Algorithmen zur Implementierung der schwächungswertbasierten Modulation des Röhrenstroms unter automatischer Expositionskontrolle (7 Kap. 13.5). Das Produkt Smart mA® (GE) verwendet den sog. Noise-Index. Dieser »Noise-Index« beschreibt die Standarddeviation der CT-Werte in einem spezifischen Wasserphantom. Eine Tabelle mit diesen so erhaltenen Referenzwerten wird verwendet, um das Topogramm des Patienten auszuwerten und den Röhrenstrom schwächungsbasiert zu modulieren. Das Produkt Z-DOM® (Philips) verwendet das sog. Automatic Current Setting. Ein Referenzbild ermöglicht die Auswahl eines gewünschten Bildqualitätsgrads. Während der Applikation des »Automatic Current Setting« werden nach Auswahl der angestrebten Qualität gespeicherte Rohdaten und Topogramme protokollbasiert verglichen und der geeignete Röhrenstrom ausgewählt. Das Produkt CareDose 4D® (Siemens) benutzt die sog. Quality-Reference-mAs zur Auswahl des gewünschten Bildqualitätsgrads. Hierbei wählt der Untersucher ein vom Untersuchungsprotokoll abhängiges effektives Röhrenstrom-Zeit-Produkt – dieses wird als Quotient aus Röhrenstrom-ZeitProdukt pro Pitch definiert – für einen definierten Standardpatienten (adulter Patient 80 kg, pädiatrischer Patient 20 kg). Der auswählte Grad des Bildrauschens wird empirisch abgeschätzt, um den
23
nominal applizierten Röhrenstrom an das individuelle Patiententopogramm anzupassen. Das Produkt SureExposure® (Toshiba) benutzt standardisierte Schwächungswerte in Referenzbildern. Mit dieser Methode wird das Bildrauschen in einem patientenäquivalenten Wasserphantom referenziert. Die so gewonnenen Daten werden benutzt, um das Topogramm der spezifischen Untersuchung zu evaluieren und den Röhrenstrom zu modulieren. > Da der Röhrenstrom bei schlanken Patienten mit geringer Schwächung stärker gesenkt wird als bei adipösen Patienten, ist die Dosiseinsparung deutlich ausgeprägter (ca. 44 % vs. 3 %). jRöhrenspannung
Eine weitere Möglichkeit der Dosiseinsparung stellt die Reduktion der Röhrenspannung dar. Dies ist effektiv, da die Dosis E proportional zum Quadrat der Röhrenspannung U ist. Es gilt: E ~ U2. E Dosis, U Röhrenspannung Eine reduzierte Röhrenspannung liefert Bilder mit vergleichbarem Rauschen, wenn diese Technik zur CT-Datenakquisition bei schlanken und/oder pädiatrischen Patienten angewendet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Strahlendosis-Reduktionsstrategie ist die CT-Untersuchung mit Kontrastmittel: Durch die Reduktion der Röhrenspannung nähert sich die mittlere Röntgenphotonenenergie des Spektrums der K-Kante des Elements Jod. Deshalb ist die Schwächung und Sichtbarkeit des jodinisierten Kontrastmittels größer bei niedrigeren als bei höheren Röhrenspannungen (7 Kap. 18). Dadurch verbessert sich die Erkennbarkeit hyper- (und hypo)vaskularisierter Läsionen. Auf der anderen Seite sind Bilder nach Akquisition bei reduzierter Röhrenspannung mit einem höheren Bildrauschen behaftet (7 Kap. 3). Dies ist durch eine vermehrte Absorption von Röntgenphotonen niedriger Energie zu erklären. Es muss daher zwischen erhöhtem Bildrauschen und Kontrastmittelverstärkung abgewogen werden. . Abb. 23.2 zeigt die Abhängigkeit der Schwächungsprofile und das Bildrauschen einer kontrastmittelver-
206
Kapitel 23 · Strategien zur Strahlendosisreduktion
fisch optimiert werden. Die effektive Dosis wird dadurch um bis zu 50 % reduziert. jIterative Bildrekonstruktion
23
. Abb. 23.2 Abhängigkeit der CT-Schwächung und des Bildrauschens von der Röhrenspannung bei kleinen und großen Volumina
stärkten CT bei kleinen und großen Volumina. Es gibt eine optimale Röhrenspannung zur Bildgebung eines individuellen Patienten. In anderen Worten: Unterhalb einer geräte- und untersuchungsprotokollspezifischen Grenze (z. B. Body-Mass-Index, Körperumfang, Gewicht) erbringt die CT mit reduzierter Röhrenspannung ein optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis und Bildqualität bei niedrigerer Dosis. Praxistipp
Aus der Reduktion der Röhrenspannung resultiert bei schlanken Patienten ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei niedrigerer Dosis.
jAutomatische Auswahl der Röhrenspannung
Bei diesem sehr neuen Verfahren zur Dosisreduktion wird die erforderliche Röhrenspannung automatisch anhand der Röntgenschwächung ausgewählt (Produkt CAREkV®, Siemens). Das CT-System errechnet auf der Grundlage der Schwächung des Topogramms eine optimale Kombination aus minimal notwendiger Röhrenspannung und -strom, um eine vom Radiologen zuvor definierte Bildqualität für die jeweilige Indikation (d. h. Angiographie, native Untersuchung etc.) zu erreichen. Die Röhrenspannung kann somit automatisch und patientenspezi-
Eine reduzierte Strahlendosis in der CT führt in der Regel zu erhöhtem Bildrauschen und damit zu einem Verlust an Bildqualität (7 Kap. 3). Um das Bildrauschen, z. B. bei geringerer Dosis, zu reduzieren und Aufnahmen von höherer Qualität zu generieren, kann das Verfahren der iterativen Bildrekonstruktion eingesetzt werden (vgl. Filtered-BackProjection-Methode, 7 Kap. 3). Bei der iterativen Bildrekonstruktion werden mittels eines mathematischen Verfahrens aus der angenommenen Schwächung der Röntgenstrahlen die Schwächungswerte in der Querschnittsebene sowie die räumliche Verteilung der Dichten errechnet. Nach der theoretischen Annahme einer Dichteverteilung zu Beginn der iterativen Rekonstruktion werden neue Projektionsdaten synthetisiert und anschließend mit den »echten«, d. h. gemessenen, Rohdaten verglichen. Stimmen beide Datensätze nicht überein, wird die Korrektur angewendet. Diese Iteration wird bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums durchlaufen. Mithilfe iterativer Korrekturschleifen werden a. das Rauschen reduziert und b. die Auflösung von Regionen mit hoher Dichte verbessert (. Abb. 23.3). Im Gegensatz zur iterativen Rekonstruktion muss bei der Filtered-Back-Projection-Methode ein Kompromiss zwischen räumlicher Bildauflösung (also Bildqualität) und Bildrauschen eingegangen werden. Soll das Bildrauschen gesenkt werden, um ein bessere Bildqualität zu erhalten, muss die Dosis erhöht werden. > 1. Die Implementierung iterativer Rekonstruktionsmethoden erfolgte bis vor kurzem nur im Bildraum. Die zur Verfügung stehende Rechenleistung der Computerhardware zur schnellen Rekonstruktion der Bilder aus den Rohdaten mittels iterativen Rekonstruktionsalgorithmus‘ ist noch limitierend. 6
207 23.4 · Strategien zur Dosisreduktion gem. ALARA
a
23
b
. Abb. 23.3 Rekonstruktionen des Abdomens mittels »Filtered Back Projection« (a) und iterativer Rekonstruktion (b). Dosiswerte werden bei gleichem Rauschen reduziert
2. Neuerdings existieren erste Rekonstruktionsalgorithmen (z. B. SAFIRE®, Siemens) auch im Rohdatenraum. jPitch
Der Pitch bei der CT-Untersuchung ist ein Parameter der örtlichen Überlappung (7 Kap. 3). Eine suffiziente Bildqualität wird bei Pitch-Werten zwischen 1 und 2 erreicht; dies gilt bei der Verwendung von Single-Source-CT-Systemen. Bei der Dual-SourceCT, einem CT-System mit 2 orthogonal angeordneten Röhren-Detektor-Systemen, kann der Pitch auf Werte zwischen 3 und 4 erhöht werden. Bei diesen Pitch-Werten ist die Akquisition überlappender, redundanter Daten reduziert, d. h., die Strahlendosis ist ebenfalls reduziert. Die simultan reduzierte Akquisitionszeit reduziert gleichzeitig Bewegungsartefakte. > Bei der Spiral-CT besteht folgender Zusammenhang: Pixelrauschen σ ist proportional zum Pitch p: σ ~ p. σ Rauschen, p Pitch
Zur Kompensation des erhöhten Pixelrauschens durch einen erhöhten Pitch steuern einige Hersteller (z. B. Toshiba, Siemens) in ihren Protokollen automatisch mit einer Erhöhung des Röhrenstroms entgegen. Cave: Ein besonderes Augenmerk ist bei der Pitch-Erhöhung auf den Röhrenstrom zu richten.
jAbschirmung
Für die CT wird je nach Körperregion die Verwendung von Schutzmaterialien diskutiert, wenngleich teils kontroverse Meinungen vorherrschen. Es existieren Modelle z. B. für die Abdeckung der Augenlinsen, der Schilddrüse, der Mammae und der Hoden. Diese Modelle bestehen aus flexiblen, meist lateximprägnierten Protektoren, hergestellt aus Elementen mit niedrigen Ordnungszahlen (meist Bismut, aber auch Wolfram, Gadolinium, Antimon). Trotz niedrigerer Ordnungszahl verursachen diese Protektoren regelmäßig Artefakte in den CT-Bildern. Praxistipp
Ein oberflächlicher Abstandhalter (z. B. ein zentimeterdickes Baumwolltuch unter dem Protektor) kann zur Reduktion der Aufhärtungsartefakte eingesetzt werden.
Die Verwendung dieser Schutzmaterialien reduziert die Organdosen bis zu 30 %. Bei dieser Kalkulation wird eine gering erhöhte Austrittsdosis dosimetrisch vernachlässigt. > Die Akzeptanz und Verwendung der Protektoren ist erfahrungsgemäß jedoch eingeschränkt. Als Gegenargumente gelten, dass ähnliche Größenordnungen der Do6
208
23
Kapitel 23 · Strategien zur Strahlendosisreduktion
sisreduktion durch die Anpassung des Röhrenstroms erzielt werden, dies jedoch a. ohne das Auftreten von oberflächlichen Aufhärtungsartefakten und b. bei homogener Verteilung des Bildrauschens und Dosis.
Die optimierte Lagerung des Patienten und Planung der Untersuchung stellt eine weitere wichtige Maßnahme zur Reduktion der Strahlenexposition dar. Zum Beispiel werden Augenlinsen bei der Untersuchung des Neurokraniums vermindert strahlenexponiert, wenn mit einer angepassten Gantrykippung untersucht wird (7 Kap. 8).
23.4.2
j»Overscanning«
Zur Bildrekonstruktion aus CT-Daten werden zusätzliche Daten zu Beginn und zum Ende einer Akquisition benötigt. Die tatsächlich exponierte zAchse einer Spiral-CT-Untersuchung ist daher stets größer als die, die auf der Benutzereinheit angezeigt und rekonstruiert wird. Da die Strahlendosis proportional zur Scanlänge steigt (7 Kap. 22), erhöht dieser Effekt des »Overscannings« (auch »Overranging«) die Strahlenexposition des Patienten. Dieser Effekt ist umso größer, je breiter der Detektor ist. Cave: Vom »Overscanning« muss »Overbeaming« unterschieden werden. »Overbeaming« beschreibt die geometrische Effizienz (7 Abschn. 23.3), d. h. Breite des Röntgenfächers, im Verhältnis zur aktiven Detektorfläche.
Protokollspezifische Strategien zur Dosisreduktion 23.5
Weiterführende Literatur
jSequenzielle CT-Datenakquisition
Bei der Verwendung von Protokollen mit sequenzieller Datenakquisition erfolgt die Datenakquisition schrittweise: Der Patiententisch ist während der Akquisition stationär und bewegt sich nur zwischen den Aufnahmen sequenziell zur nächsten Position entlang der z-Achse des Patienten. Da bei diesem Aufnahmeverfahren die Überlappung der akquirierten Daten reduziert ist, wird die Strahlendosis minimiert. Die Volumenabdeckung erfolgt jedoch langsamer als bei der Datenakquisition mittels Spiral-CT. Cave: kritisches Bolustiming z. B. bei kontrastmittelverstärkten Angiographien der Extremitäten. Praxistipp
Die sequenzielle Datenakquisition kann ebenfalls unter der Verwendung einer EKG-Synchronisation (z. B. Herz-CT, 7 Kap. 15) benutzt werden. Der Aufnahmezeitpunkt wird dabei für alle RR-Intervalle vor der Untersuchung festgelegt. Durch die im Vergleich zu retrospektiv EKG-synchronisierten Protokollen kürzere Akquisitionszeit (Zeitdauer ca. 100 ms pro RR-Intervall) wird die Dosis reduziert. Cave: Niedrige und regelmäßige Herzfrequenzen sind Voraussetzungen.
Feigal DW, Jr. (2002) FDA public health notification: reducing radiation risk from computed tomography for pediatric and small adult patients. Int J Trauma Nurs 8: 1–2 Linton OW, Mettler FA, Jr. (2003) National conference on dose reduction in CT, with an emphasis on pediatric patients. AJR Am J Roentgenol 181: 321–329 McCollough CH, Bruesewitz MR, Kofler JM, Jr. (2006) CT dose reduction and dose management tools: overview of available options. Radiographics 26: 503–512 McCollough CH, Primak AN, Braun N, Kofler J, Yu L, Christner J (2009) Strategies for reducing radiation dose in CT. Radiol Clin North Am 47: 27–40 Primak AN, McCollough CH, Bruesewitz MR, Zhang J, Fletcher JG (2006) Relationship between noise, dose, and pitch in cardiac multi-detector row CT. Radiographics 26: 1785– 1794 Thibault JB, Sauer KD, Bouman CA, Hsieh J (2007) A three-dimensional statistical approach to improved image quality for multislice helical CT. Med Phys 34: 4526–4544
24
CT in der Schwangerschaft Hatem Alkadhi
24.1
Einleitung
24.2
Strahlendosisaspekte einer CT in der Schwangerschaft – 210
24.2.1 24.2.2
Teratogenese – 210 Karzinogenese – 211
24.3
Gesetzliche Bestimmungen
24.4
Vorsichtsmaßnahmen
24.4.1 24.4.2
Vor der Computertomographie – 212 Während der Computertomographie – 212
24.5
Indikationen für eine Computertomographie in der Schwangerschaft – 212
24.5.1 24.5.2 24.5.3 24.5.4 24.5.5
Diagnostik der Lungenembolie – 213 Trauma in der Schwangerschaft – 213 Nierenkolik – 214 Akute Appendizitis – 214 Pelvimetrie – 214
24.6
Ungewollte Computertomographie des Abdomens/Beckens in der Schwangerschaft
24.7
– 210
– 211
– 212
Weiterführende Literatur
– 215
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_24, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 214
24
210
Kapitel 24 · CT in der Schwangerschaft
24.1
Einleitung
Bei der Indikation zu einer Computertomographie während der Schwangerschaft muss grundsätzlich zwischen einer Untersuchung des Abdomens/Beckens – also des Ungeborenen – und einer Untersuchung übriger Körperregionen unterschieden werden. Insbesondere bei der Computertomographie des Abdomens/Beckens muss das Risiko für die Schwangere und den Embryo bzw. Fetus in Relation zur Dringlichkeit der bildgebenden Diagnostik berücksichtigt werden. Deshalb darf die Computertomographie nur dann durchgeführt werden, wenn die Diagnosefindung aus klinischer Sicht nicht aufgeschoben werden kann und keine alternative Bildgebung ohne Röntgenstrahlung möglich bzw. sinnvoll ist. Der Einsatz der Computertomographie in der Schwangerschaft setzt Kenntnisse über die Teratogenese und Karzinogenese von Röntgenstrahlen voraus. Besonders kritisch sind Vorsorgemaßnahmen zur Verhinderung einer Computertomographie während einer Schwangerschaft sowie – falls die Untersuchung im Unwissen einer Schwangerschaft durchgeführt wurde – Kenntnisse über das adäquate weitere Vorgehen. Für die Aspekte der Gabe von jodhaltigem Kontrastmittel während der Schwangerschaft wird auf das 7 Kap. 27 verwiesen. Für nähere Erläuterungen der Strahlenexpositionsparameter siehe 7 Kap. 22.
24.2
der Emryo die höchste Sensibilität für teratogene Effekte durch Röntgenstrahlen besitzt. Diese beinhalten die Mikrozephalie, Mikrophthalmie, mentale Retardation, Wachstumsretardation, Verhaltensstörungen und Katarakte. Teratogene Effekte beim Embryo durch Röntgenstrahlen sind vor der 2. und nach der 15. Gestationswoche extrem selten. Die Teratogenese ist ein deterministischer, d. h. nichtstochastischer, Effekt von Röntgenstrahlen. Das bedeutet, dass es eine Schwellenwertdosis gibt, unter der kein Risiko vorhanden ist. > Die Teratogenese ist ein deterministischer Effekt von Röntgenstrahlen. jRisiko der Teratogenese für das Ungeborene
Das Auftreten eines deterministischen Schadens beim Ungeborenen wird von der Höhe der Strahlendosis in Relation zum Entwicklungsstadium des Ungeborenen bestimmt (. Abb. 24.1). Die Strahlendosis einer Computertomographie für das Ungeborene im weiblichen Becken variiert und hängt von verschiedenen Protokollparametern, vom Gestationsalter und von der Ausdehnung des Uterus während der Schwangerschaft ab (. Abb. 24.2).
Strahlendosisaspekte einer CT in der Schwangerschaft
Generell muss zwischen einer Computertomographie des Abdomens/Beckens mit potenzieller Bestrahlung des Ungeborenen von der Untersuchung anderer Körperregionen unterschieden werden. Da bei der Untersuchung anderer Körperregionen die Streustrahlung für das Ungeborene in der Regel zu vernachlässigen ist (< 0,1 mGy), ist auch das damit verbundene Risiko entsprechend sehr gering.
24.2.1
Teratogenese
Die Organogenese findet vornehmlich in der 2.–15. Gestationswoche statt. Dies ist die Zeitspanne, in der
. Abb. 24.1 Deterministische Strahlenwirkung auf das Ungeborene in unterschiedlichen Entwicklungsphasen
211 24.3 · Gesetzliche Bestimmungen
24
jRisiko der Karzinogenese beim Ungeborenen
. Abb. 24.2 Ungefähre Ausdehnung des Uterus während der Schwangerschaft
Heute applizierte Strahlendosen der Computertomographie des Beckens sind mit einer Strahlendosis assoziiert, die i. Allg. unterhalb des Bereichs der Induktion von kongenitalen Missbildungen liegen. So konnten Studien zeigen, dass die Inzidenz kongenitaler Missbildungen bei Feten nach intrauteriner Exposition durch Röntgenstrahlen nicht erhöht ist. > Das Risiko einer Teratogenese als Folge einer Computertomographie des Beckens bei einer Schwangeren ist sehr gering, weil die Strahlendosis in der Regel zu niedrig ist, um derartige Effekte zu verursachen.
24.2.2
Karzinogenese
Die Karzinogenese ist ein stochastischer Effekt von Röntgenstrahlen. Das bedeutet, dass kein Schwellenwert existiert und jede Strahlung ein gewisses Risiko darstellt. Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten eines Schadens steigt mit zunehmender Strahlendosis an und ist unabhängig von der Entwicklungsphase des Fetus. > Die Karzinogenese ist ein stochastischer Effekt von Röntgenstrahlen.
Zum Risiko der Entstehung von Malignomen in der Kindheit nach Strahlenexposition in-utero existieren mittlerweile konsistente Daten zahlreicher Studien, nach denen das Risiko ungefähr abgeschätzt werden kann. Diesen zufolge erhöht die Dosis einer BeckenComputertomographie das Risiko der Entstehung eines Karzinoms in der Kindheit um den Faktor 2. Hier sollte jedoch in Betracht gezogen werden, dass das genuine Risiko für ein Karzinom in der Kindheit sehr kein ist. Der Zusammenhang zwischen dem Risiko der Kanzerogenese und dem Alter der Gestation wird kontrovers diskutiert. Während einige Studien ein höheres Risiko für die Exposition im 1. Trimester im Vergleich zum 2. und 3. Trimester zeigen, deuten andere Studien auf ein höheres Risiko in der späteren Schwangerschaft hin. > Eine Computertomographie mit Exposition des Fetus sollte in jedem Trimenon vermieden werden, weil sie bei heute gängigen Strahlendosen zu einer Verdoppelung des Risikos der Entwicklung eines Karzinoms in der Kindheit führen kann.
24.3
Gesetzliche Bestimmungen
Für den Schutz der Schwangeren gegen ionisierende Strahlung existieren in praktisch allen Ländern gesetzliche Bestimmungen und Richtlinien. Diese sind im deutschsprachigen Raum im Internet unter den folgenden Adressen zu finden: 4 Für Deutschland: Bundesamt für Strahlenschutz (BfS), http://www.bfs.de/de/ion/wirkungen/ schwangerschaft.html 4 Für die Schweiz: Bundesamt für Gesundheit (BAG), Eidgenössiche Kommission für Strahlenschutz und Überwachung der Radioaktivität, http://www.bag.admin.ch/ksr-cpr/04321/04780 /04839/index.html?lang=de 4 Für Österreich: Verband für medizinischen Strahlenschutz in Österreich (VMSÖ), http:// www.strahlenschutz.org/dokumente/dokumente_at.asp
24
212
Kapitel 24 · CT in der Schwangerschaft
24.4
Vorsichtsmaßnahmen
24.4.1
Vor der Computertomographie
Zum Schutz des Ungeborenen muss nach den Bestimmungen der Röntgenverordnung bzw. der Strahlenschutzverordnung vor der Anwendung ionisierender Strahlung in der medizinischen Diagnostik oder Therapie der anwendende Arzt jede gebärfähige Frau befragen, ob eine Schwangerschaft besteht oder bestehen könnte. Die folgenden Maßnahmen sind sinnvoll, um rechtzeitig feststellen zu können, ob eine Patientin im gebärfähigen Alter schwanger ist: 4 Es sollten in allen Räumen der Radiologie entsprechende Hinweise (in mehreren Sprachen) aushängen, welche die Patientinnen darauf hinweisen, sich sofort bei einem Radiologen oder einer MTRA zu melden, wenn sie weiß oder den Verdacht hat, schwanger zu sein. 4 Die MTRA sollten vor jeder radiologischen Untersuchung alle Patientinnen im gebärfähigen Alter fragen, ob eine Schwangerschaft vorliegen könnte. 4 Anmeldeformulare für Zuweiser sollten eine Frage zur möglichen Schwangerschaft Ihrer Patientin beinhalten. 4 Keine Untersuchung oder Intervention mit Exposition des Beckens mit Röntgenstrahlung sollte ohne vorherige Konsultation mit dem Radiologen bei einer Patientin stattfinden, die angibt, möglicherweise schwanger zu sein. Der Radiologe muss dann mit der Patientin 4 die Vorteile und Risiken dieser geplanten Untersuchung besprechen, 4 festlegen, ob die Untersuchung auch tatsächlich stattfinden soll, 4 eine alternative Modalität in Betracht ziehen oder 4 die Untersuchung bis zum tatsächlich durchgeführten Schwangerschaftstest verzögern. Heute gängige Empfehlungen beinhalten keine »sichere« Zeitspanne für eine Untersuchung mit Röntgenstrahlung während des Zyklus. Das bedeutet, dass das Konzept der 10 Tage (sog. Ten-Day-Rule) heute keine Anwendung mehr findet.
> Vor der Anwendung ionisierender Strahlung muss jede gebärfähige Frau befragt werden, ob eine Schwangerschaft besteht oder bestehen könnte.
24.4.2
Während der Computertomographie
Teils kontroverse Meinungen existieren zum Thema Bleiabdeckung von schwangeren Patienten während einer Computertomographie. Während einige die Ansicht vertreten, dass eine Bleiabdeckung des Abdomens/Beckens während einer Computertomographie des Thorax die Strahlung erhöhe, weil die im Körperinneren entstehenden Streustrahlen an der Bleischürze von innen reflektiert würden, deuten aktuelle systematische Untersuchungen darauf hin, dass die Verwendung einer Bleischürze die Uterusdosis signifikant reduziert. > Bei einer Computertomographie des Thorax führt die Abschirmung des Abdomens mit einer Bleischürze zu einer signifikanten Reduktion der Uterusdosis. Die stärkste Dosisreduktion wird durch Umwickeln des Abdomens mit der Bleischürze erzielt.
24.5
Indikationen für eine Computertomographie in der Schwangerschaft
Die häufigsten Indikationen für CT-Untersuchungen während der Schwangerschaft sind: 4 Lungenembolie, 4 Trauma, 4 Nierenkolik, 4 akute Appendizitis, 4 Pelvimetrie. Für alle CT-Indikationen in der Schwangerschaft ist es geboten, die Strahlendosis auf ein absolut nötiges Minimum zu reduzieren, ohne dadurch die diagnostische Aussagekraft der Untersuchung zu vermindern. Dies soll mit den üblichen Strategien zur Dosisreduktion (7 Kap. 23) geschehen.
213 24.5 · Indikationen für eine Computertomographie in der Schwangerschaft
24
Praxistipp
Praxistipp
1. Reduktion der Dosis des Topogramms auf ein absolutes Minimum 2. Verwendung der automatischen Röhrenstromadaptation mit möglichst tiefer mAs 3. Verwendung einer niedrigen Röhrenspannung bei Patientinnen mit entsprechendem Körpergewicht bzw. BMI 4. Minimierung der z-Achse der Untersuchung auf ein absolut notwendiges Minimum 5. Minimierung der Phasen der Untersuchung
Aufgrund der gesteigerten Blutzirkulation und des erhöhten Herzminutenvolumens ist die Kontrastierung der Pulmonalarterien bei der Schwangeren oftmals schwächer als bei nichtschwangeren Patientinnen (7 Kap. 14).
24.5.1
Diagnostik der Lungenembolie
Die Inzidenz von Lungenembolien im Rahmen einer Schwangerschaft gilt als erhöht und beträgt ca. 1–2 pro 7 000 Schwangerschaften. Die folgenden Fakten sollten in Betracht gezogen werden, wenn bei einer schwangeren Patientin bei klinischem Verdacht auf eine Lungenembolie eine Bildgebung in Erwägung gezogen werden soll: 4 Die CT-Pulmonalisangiographie zeigt eine im Vergleich zur Ventilations-/Perfusionsszintigraphie höhere diagnostische Genauigkeit für die Diagnose einer Lungenembolie. 4 Die Szintigraphie kann bei einem nicht unerheblichen Anteil von Patientinnen während der Schwangerschaft ein unklares (»indeterminate«) Ergebnis aufweisen. 4 Die fetale Dosis einer CT-Pulmonalisangiographie ist im Vergleich zur Szintigraphie in allen Trimestern niedriger. 4 Die Dosis der Mammae ist bei der CT-Pulmonalisangiographie im Vergleich zur Perfusionsszintigraphie höher. > Die fetale Dosis bei der CT-Pulmonalisangiographie ist niedriger als die der Szintigraphie. Die Mammadosis bei der CT-Pulmonalisangiographie ist höher als die der Szintigraphie.
24.5.2
Trauma in der Schwangerschaft
Traumata verkomplizieren ca. 6–7 % aller Schwangerschaften und sind in der Regel die Folge von Autounfällen, häuslichem Missbrauch oder von Stürzen. Typische unerwünschte Konsequenzen sind Uteruskontraktionen, vorzeitige Wehen und Plazentalösung. In den meisten Fällen genügt ein externes fetales Monitoring und Ultraschallkontrollen, welche eine etwaige Plazentalösung oder Uterusruptur diagnostizieren können. Der Leitsatz des Managements von schwangeren Patientinnen mit Trauma ist, dass es kein Überleben des Feten ohne ein Überleben der Mutter gibt, mit Ausnahme einer schweren Verletzung in der Spätschwangerschaft, wo eine Notfallsektio das Überleben des Feten sichern kann. Ultraschall ist eine gute Methode zur Initialdiagnostik der Schwangeren nach einem Trauma. Die Computertomographie ist die bevorzugte Methode, wenn die klinische und/oder Ultraschalluntersuchung auf Organverletzungen ohne intraperitoneale Blutung hinweisen, oder beim Verdacht auf Verletzungen von Lunge, Mediastinum, Aorta, Wirbelsäule, Retroperitoneum, Darm, Blase und Knochen. Die MRT ist eine im klinischen Alltag ungeeignete Modalität für die rasche Evaluation dieser Körperteile bei instabilen Schwangeren nach Trauma. > Ultraschall kann als primäre bildgebende Diagnostik der schwangeren Patientin nach Trauma ausreichend sein. Sind jedoch schwere Verletzungen zu vermuten, sollte eine Computertomographie durchgeführt werden.
24
214
Kapitel 24 · CT in der Schwangerschaft
24.5.3
Nierenkolik
Obstruktive Harnleitersteine kommen in ca. 1 von 3 300 Schwangerschaften vor. Die Bildgebung wird durch die physiologische Hydronephrose verkompliziert. Ultraschall ist die primäre bildgebende Methode, um Harnleitersteine zu diagnostizieren. Jedoch kann eine Computertomographie notwendig werden, wenn der Ultraschall negativ oder inkonklusiv ausfällt. In jedem Fall sollte eine Computertomographie bei der Schwangeren beim Verdacht auf eine Nierenkolik ohne Kontrastmittel, d. h. nativ, und in Niedrigdosistechnik erfolgen (7 Kap. 11, 7 Kap. 23). > Ultraschall ist die primäre bildgebende Modalität beim klinischen Verdacht auf Nierenkolik bei einer Schwangeren. Falls dieser negativ oder inkonklusiv ausfällt, kann eine nachfolgende Computertomographie indiziert sein.
24.5.4
Akute Appendizitis
Die akute Appendizitis ereignet sich in ca. 1 von 1 500 Schwangerschaften. Die Diagnose einer Appendizitis in der Schwangerschaft kann klinisch insbesondere im 3. Trimenon schwierig zu stellen sein. Die Perforationsraten im 1. und 2. Trimenon betragen ca. 31 %, während sie im 3. Trimenon auf 69 % ansteigen. Der Ultraschall mit Kompression der Appendix vermiformis ist die primäre bildgebende Methode der Wahl. Grundsätzlich ist jedoch die Durchführbarkeit sowie die Beurteilbarkeit des Ultraschalls mit zunehmender Dauer der Schwangerschaft erschwert. Die einzige bisher publizierte Studie zur Verwendung der Computertomographie in der Schwangerschaft zeigte eine 100-%-Genauigkeit bei einer allerdings sehr kleinen Fallzahl. Die Datenlage bzgl. der MRT ist deutlich besser. Hier zeigen sich hoffnungsvolle Resultate mit Protokollen, auch ohne die Gabe von Kontrastmittel.
> Ultraschall ist die primäre bildgebende Methode bei klinischem Verdacht auf Appendizitis bei der Schwangeren. Die CT ist eine Alternative zum Ultraschall, jedoch nur, wenn Kontraindikationen für die Durchführung einer MRT existieren.
24.5.5
Pelvimetrie
Eine Pelvimetrie wird gelegentlich vor vaginaler Entbindung verlangt, insbesondere bei Steißlage oder bei Patientinnen mit cephalopelvischer Dysproportion. Eine Pelvimetrie kann mit konventioneller Radiographie, mit CT und mit der MRT durchgeführt werden. Während die MRT den Vorteil besitzt, keine ionisierende Strahlung zu verwenden, kann die CT-Pelvimetrie mit einer limitierten Technik (Niedrigdosis, laterale und frontale digitale Radiographie und eine einzelne axiale Schicht durch die Femurköpfe, um den interspinosen Durchmesser zu berechnen) mit einer Dosis von < 1 mGy durchgeführt werden. Das Risiko der Entstehung eines fatalen Karzinoms in der Kindheit würde durch diese Strahlendosis um max. 2 % erhöht werden. Nichtsdestotrotz sollte – wenn keine Kontraindikationen existieren – eine MRT zur Pelvimetrie in der Schwangerschaft bevorzugt werden. > Wenn eine Pelvimetrie während der Schwangerschaft aufgrund von Kontraindikationen für eine MRT mit der Computertomographie durchgeführt werden soll, muss eine Niedrigdosistechnik verwendet werden.
24.6
Ungewollte Computertomographie des Abdomens/Beckens in der Schwangerschaft
Es besteht eine relative Einigkeit bzgl. der Empfehlung, eine Schwangerschaft nach Strahlenexposition zu beenden. Die sog. Dänische Regel, 1959 von Hammer-Jacobsen eingeführt (Danish Med Bull 1959; 6: 113–
215 24.7 · Weiterführende Literatur
122), schlug einen Schwangerschaftsabbruch bei einer fetalen Dosis von über 100 mGy vor. Dieser Empfehlung wurde bisher weitgehend gefolgt. Später kamen weitere, detailliertere Empfehlungen hinzu. So empfiehlt Wagner (Radiology 1986; 159: 787–792) den Abbruch einer Schwangerschaft bei einer Strahlendosis > 50 mGy zwischen der 2. und 15. SS-Woche sowie für jedwede SS-Woche bei Dosen > 150 mGy. Hall (Lippincott Williams & Wilkins 1994, 4th edition, S 363–452) wiederum empfiehlt eine Schwangerschaft bei einer Strahlendosis > 100 mGy zwischen 10 Tagen und der 26. SS-Woche abzubrechen. In der Praxis ist es nahezu ausgeschlossen, dass eine einzelne radiologische Untersuchung mit einer Dosis einhergeht, die einen Schwangerschaftsabbruch rechtfertigen würde. Nichtsdestotrotz ist es hilfreich, sich der einzelnen Röntgenuntersuchungen und der damit einhergehenden Strahlendosis bewusst zu sein. Die in . Tab. 24.1 aufgeführten Zahlen sind Näherungen, welche hilfreich sein können, schwangere Patientinnen zu beraten, die eine Röntgenuntersuchung erhalten sollen oder die eine ungewollte Exposition mit Röntgenstrahlung hatten.
. Tab. 24.1 Dosis der Gebärmutter bei verschiedenen Röntgenuntersuchungena Methode
Gebärmutterdosisb (mSv)
CT-Schädel
< 0,1
CT-Thorax
< 0,3
CT-Oberbauch
3–12
CT-Becken
15–40
Thorax in 2 Ebenen
< 0,01
LWS in 2 Ebenen
1,2–6,0
Becken-Röntgen
1,5–4,0
a
b
Aus: Strahlenthemen. Bundesamt für Strahlenschutz, D Die Gebärmutterdosis kann während der ersten 8 SS-Wochen mit der Ganzkörperdosis des Fetus gleichgesetzt werden. Je weiter die mittels Röntgendiagnostik untersuchte Körperregion von der Gebärmutter entfernt ist, desto geringer ist i. Allg. die Strahlenexposition für den Fetus
24
> Im klinischen Alltag ist es nahezu ausgeschlossen, dass eine einzelne Untersuchung mit Röntgenstrahlung bei einer Schwangeren eine Strahlendosis besitzt, welche ausreicht, einen Schwangerschaftsabbruch zu rechtfertigen.
Falls eine ungewollte Exposition des Abdomens/Beckens einer Schwangeren mit Röntgenstrahlung erfolgt ist, wird empfohlen, das weitere Vorgehen nach den jeweiligen nationalen Richtlinien und gesetzlichen Bestimmungen zu richten (7 Abschn. 24.3). Im Allgemeinen soll sich das Vorgehen nach einem 3-Stufenplan richten: 1. Uterusdosis < 20 mSv: keine weiteren Maßnahmen. Hiervon kann immer ausgegangen werden, wenn der Uterus nicht im Nutzstrahlenbündel lag. Andernfalls erfolgt Schritt 2. 2. Dosisberechnung am Uterus anhand von Standardwerten der benutzten Anlage und den Größenverhältnissen der Patientin. Falls diese Berechnung über 50 mSv ergibt, geht man über zu Schritt 3. 3. Rekonstruktion der Untersuchung mit Phantommessungen durch Medizinphysiker, um die exakte Dosis zu berechnen. Die Schwangere ist hierüber aufzuklären. > Nach ungewollter Exposition einer Schwangeren mit Röntgenstrahlung sollte das Vorgehen nach eingehender Besprechung mit der Schwangeren und im Einklang mit den jeweiligen nationalen Richtlinien und gesetzlichen Bestimmungen erfolgen, in der Regel im Rahmen eines 3-Stufenplans.
24.7
Weiterführende Literatur
Danova D, Keil B, Kästner B, Wulff J, Fiebich M, Zink K, Klose KJ, Heverhagen JT (2010) Dosisreduktion der Uterusexposition in der klinischen Thorax Computertomografie. RöFo 182: 1091–1096 Hall EJ (1994) Radiobiology for the radiologist. 4th ed. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, S 363–452 Hall EJ, Giaccia AJ (2006) Radiobiology for the Radiologist. 6th edition. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, USA Hammer-Jacobsen E (1959) Therapeutic abortion on account of x-ray examination during pregnancy. Danish Med Bull 6: 113–122
216
24
Kapitel 24 · CT in der Schwangerschaft
Coakley F, Gould R, Laros RK, Jr, Thiet MP (2011) Guidelines for the Use of CT and MRI During Pregnancy and Lactation. http://www.radiology.ucsf.edu/patient-care/patient-safety/ct-mri-pregnancy. Zugegriffen: 21.03.2011 Huda W, Randazzo W, Tipnis S, Donald Frey G, Mah E (2010) Embryo Dose Estimates in Body CT. AJR Am J Roentgenol 194: 874–880 Shetty MK (2010) Abdominal Computed Tomography During Pregnancy: A Review of Indications and Fetal Radiation Exposure Issues. Semin Ultrasound CT MRI 31: 3–7 Siegmann KC, Heuschmid M, Claussen CD (2009) Radiologische Untersuchungen in der Schwangerschaft. Dtsch Med Wochenschr 134: 686–689 Wagner LK, Archer BR, Zeck OF (1986) Conceptus dose from two state-of-the-art CT scanners. Radiology 159: 787– 792 Winer-Muram HT, Boone JM, Brown HL, Jennings SG, Mabie WC, Lombardo GT (2002) Pulmonary embolism in pregnant patients: fetal radiation dose with helical CT. Radiology 224: 487–492
25
Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel Hatem Alkadhi
25.1
Einleitung
– 218
25.2
Klassifikation der unerwünschten Wirkungen
25.3
Akute generalisierte Reaktionen
25.3.1 25.3.2 25.3.3
Prädisponierende Faktoren – 219 Behandlung von akuten unerwünschten Wirkungen Prophylaxe – 220
25.4
Verzögerte generalisierte Reaktionen
25.5
Hauttests zur Diagnose der Hypersensitivität auf jodhaltige Kontrastmittel – 221
25.6
Extravasation von Kontrastmittel
25.7
Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion
25.7.1
Prophylaxe
25.8
Jodhaltiges Kontrastmittel und Bronchialsystem
25.9
Kontrastmittel und katecholamin produzierende Tumoren – 224
25.10
Weiterführende Literatur
– 218
– 219 – 219
– 221
– 222 – 222
– 223
– 224
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_25, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 224
25
218
Kapitel 25 · Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel
25.1
Einleitung
Die Anwendung der Computertomographie erfordert oftmals die Gabe von jodhaltigem Kontrastmittel (KM). Obwohl diese inzwischen als relativ sicher gelten, sind dennoch verschiedene Nebenwirkungen bekannt. Zu diesen zählen u. a. die Verschlechterung einer vorbestehenden Niereninsuffizienz (7 Kap. 26), die Auslösung anaphylaktoider Symptome und die Verursachung einer Schilddrüsendysfunktion. Da jodhaltige KM die am häufigsten in der radiologischen Bildgebung verwendeten KM sind, ist es für Radiologen und MTRA unabdingbar, die verschiedenen Überempfindlichkeitsreaktionen zu unterscheiden sowie Möglichkeiten zu erlernen, diese Reaktionen zu behandeln. Sämtliche hier wiedergegebenen Empfehlungen sind im Einklang mit denen der European Society of Urogenital Radiology (ESUR). Für die Besonderheiten der intravasalen Gabe von jodhaltigem KM in der Schwangerschaft wird auf 7 Kap. 27 verwiesen.
25.2
Klassifikation der unerwünschten Wirkungen
Unerwünschte Wirkungen auf intravasal applizierte jodhaltige KM können in generalisiert und organspezifisch eingeteilt werden. Die generalisierten
. Tab. 25.1 Klinische Präsentationen von generalisierten akuten unerwünschten Wirkungen auf jodhaltige Kontrastmittel Gering
Moderat
Schwer
Übelkeit
Schweres Erbrechen
Hypotensiver Schock
Geringes Erbrechen
Schwere Urtikaria
Herzrhythmusstörungen
Begrenzte Urtikaria
Faziales Ödem/ Larynxödem
Herzstillstand/ Atemstillstand
Juckreiz
Vasovagale Reaktion
Anfall
Lokaler Schmerz an der Injektionsstelle
Bronchospasmus
Schwerer Bronchospasmus/ schweres Larynxödem
Nebenwirkungen sind entweder akut oder verzögert (. Abb. 25.1). Die klinischen Manifestationen generalisierter akuter Reaktionen sind in . Tab. 25.1 zusammengefasst. Geringe Reaktionen sind in der Regel kurz dauernd und selbstlimitierend. Im Gegensatz dazu erfordern moderate und schwere Reaktionen oft ein direktes Management.
. Abb. 25.1 Einteilung der unerwünschten Reaktionen auf jodhaltige KM
219 25.3 · Akute generalisierte Reaktionen
Verzögerte unerwünschte Wirkungen sind definiert als Reaktionen, welche sich 1 h bis 1 Woche nach KM-Injektion präsentieren. Diese verzögerten unerwünschten Wirkungen bestehen meistens aus Hautreaktionen.
25.3
Akute generalisierte Reaktionen
Geringe akute Reaktionen finden sich bei ca. 15 % aller Patienten, die ionisches, und 3 % aller Patienten, welche nichtionisches KM erhalten. Moderate Reaktionen zeigen sich bei ca. 1–2 % aller Patienten mit ionischem und bei 0,2–0,4 % mit nichtionischem Kontrastmittel. Schwere Reaktionen finden bei ca. 0,2 % aller Patienten nach Gabe von ionischem und bei 0,04 % nach Gabe von nichtionischem KM statt. Fatale Reaktionen sind selten (ca. 1:170 000) und dürften bei ionischen und nichtionischen KM ähnlich selten vorkommen. > Ionische jodhaltige Kontrastmittel besitzen ein insgesamt höheres Risiko für die Induktion von unerwünschten Wirkungen. Es sollten daher bevorzugt nichtionische jodhaltige Kontrastmittel verwendet werden.
25.3.1
Prädisponierende Faktoren
Die Prävalenz von unerwünschten Wirkungen auf ionisches KM beträgt 17–35 % bei Patienten mit einer Vorgeschichte an unerwünschten Reaktionen. Die Verwendung von nichtionischem KM verringert diese Prävalenz auf 5 %. Zahlreiche Faktoren beeinflussen und erhöhen das Risiko der Entstehung von unerwünschten Reaktionen.
4 Herzerkrankungen 4 Dehydratation 4 Hämatologische Erkrankungen wie Sichelzellanämie, Polyzythämie und multiples Myelom 4 Vorbestehende Nierenerkrankungen 4 Angst 4 Betablockerb, nichtsteroidale antiinflammatorische Medikamente, Interleukin-2 a
b
Ein erhöhtes Risiko durch Betablocker wird kontrovers diskutiert. In jedem Fall schwächen Betablocker die Wirkung einer Therapie durch KM-induzierte Bronchospasmen. Patienten mit einer Mastozytose haben ein erhöhtes Risiko für allergische Reaktionen.
> Da Patienten mit einer Mastozytose ein erhöhtes Risiko der Entwicklung von anaphylaktoiden Reaktionen aufweisen, sollte bei einer CT auf jodhaltige KM möglichst verzichtet werden. > Es gibt keinen erwiesenen Zusammenhang zwischen einer Unverträglichkeit auf Meeresfrüchte und einer Unverträglichkeit auf jodhaltige Kontrastmittel. Somit erübrigt sich vor KM-Gabe die gern gestellte Frage nach einer Allergie auf Meeresfrüchte.
Unerwünschte Reaktionen sind bei Patienten in einem Alter zwischen 20 und 50 Jahren häufiger als bei Patienten über 50 Jahren. Andererseits sind die unerwünschten Wirkungen bei Älteren schwerer, was vermutlich mit der schwächeren Immunkompetenz auf kardiopulmonale Reaktionen zusammenhängt.
Prädisponierende Faktoren für generalisierte akute Reaktionen auf jodhaltige KM
25.3.2
4 Vorherige unerwünschte Wirkungen auf jodhaltiges KM 4 Bekanntes Asthma 4 Bekannte Allergiena
Generelle Richtlinien
6
25
Behandlung von akuten unerwünschten Wirkungen
Die Aufgabe des Radiologen besteht im sorgfältigen Abwägen zwischen klinischem Nutzen einer KMverstärkten radiologischen Studie für den Risikopatienten und dem geringen, jedoch nicht zu ver-
220
25
Kapitel 25 · Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel
nachlässigenden Risiko einer unerwünschten Reaktion auf KM. Es sollte immer versucht werden, die geringste Menge, die geringste Konzentration und die niedrigste Zahl von KM-Gaben pro Untersuchung anzustreben, um die gewünschte diagnostische Information zu erhalten. Eine vorherige komplikationslose Gabe von jodhaltigem KM spricht zwar für ein geringes Risiko einer neu auftretenden unerwünschten Wirkung, schließt diese jedoch auch nicht sicher aus. Ein regelmäßig gewarteter Notfallkoffer, Atemwegsutensilien, Sauerstoff und Sauerstoffmasken, intravenöse Flüssigkeit und adäquate Medikamente müssen immer sofort und in unmittelbarer Nähe verfügbar sein. Ebenso sind ein Alarmsystem zum notfallmäßigen Herbeirufen von erfahrenem Notfallpersonal (Reanimationsteam), ein EKG und ein Defibrillator essenziell. Obligate Medikamente in einem Notfallkoffer im CT-Untersuchungsraum 4 4 4 4 4 4
Sauerstoff Adrenalin 1:1 000 H1-Antihistaminikum als Injektionslösung Atropin Beta-2-Agonist als Inhalator i.v.-Flüssigkeit – physiologische NaCl-Lösung und/oder Ringerlaktat 4 Antikonvulsive Medikamente (z. B. Diazepam) 4 Blutdruckmessgerät 4 Beatmungsbeutel
Spezifische Maßnahmen Obwohl geringe Reaktionen in der Regel selbstlimitierend sind, sollte dennoch der intravenöse Zugang für die KM-Gabe beibehalten werden und der Patient bis zu seiner vollständigen Erholung beobachtet werden. Anhaltendes Erbrechen kann mit einem D2-Rezeptor-Antagonisten wie z. B. ProchlorperazineMaleat (12,5 mg verdünnt mit 10 ml NaCl-Lösung über 2 min injiziert) therapiert werden. Ein H1-Rezeptor-Antagonist wie z. B. Chlorpheniramin-Maleat (4–8 mg oral oder 10–20 mg intravenös über
2 min) kann Patienten mit Urtikaria verabreicht werden. Bei mäßigem Keuchen sollte 100 % O2 über eine Maske (10–15 l/min) und zerstäubtes Salbutamol, ein β2-Sympathomimetikum (5 mg in 2 ml NaCl), zur Inhalation verabreicht werden. Das Management schwerer Reaktionen ist in . Tab. 25.2 zusammengefasst. Das sofortige Erkennen und Behandeln akuter unerwünschter Wirkungen ist unverzichtbar zur Vermeidung lebensbedrohlicher Komplikationen. Patienten sollten mind. 20 min nach KM-Gabe nicht allein gelassen werden, denn 94–100 % aller schweren und fatalen Reaktionen finden in den ersten 20 min nach KM-Gabe statt. > Nahezu 100 % aller schweren und fatalen Reaktionen auf die intravasale Gabe von jodhaltigen Kontrastmitteln finden in den ersten 20 min statt.
25.3.3
Prophylaxe
Die empfohlene Medikation zur Vorbeugung einer unerwünschten Reaktion beinhaltet die Gabe von Kortikosteroiden mit oder ohne Antihistaminika. Studien haben gezeigt, dass die Inzidenz von unerwünschten Reaktionen bei Hochrisikopatienten auf 9 % bei ionischem KM und auf 0,5 % bei nichtionischem KM reduziert werden kann, falls 50 mg Prednisolon 13, 7, und 1 h vor KM-Gabe appliziert wird. Ähnliche Resultate wurden auch mit Methylprednisolon erzielt. Nichtsdestotrotz ist der Nutzen von Kortikosteroiden zur Prophylaxe unerwünschter Reaktionen weiterhin umstritten. Erschwerend kommt hinzu, dass eine prophylaktische Gabe von Kortikosteroiden mehrere Stunden vor KM-Gabe in Notfallsituationen nicht praktikabel ist. > Kortikosteroide zur Prophylaxe akuter unerwünschter Wirkungen auf jodhaltiges Kontrastmittel sollten bereits 13, 7 und 1 h vor KM-Gabe gegeben werden.
Eine Reduktion der Inzidenz von unerwünschten Wirkungen konnte auch für die Kombination von Kortikosteroiden und Antihistaminika (H1- und evtl. H2-Blocker) gezeigt werden.
221 25.5 · Hauttests zur Diagnose der Hypersensitivität auf jodhaltige Kontrastmittel
. Tab. 25.2 Behandlung von generalisierten schweren akuten Reaktionen auf jodhaltiges KM Schwere Bronchospasmen
1. Sauerstoff über eine Maske (6–10 l/min) 2. Salbutamol zerstäubt (5 mg in 2 ml NaCl-Lösung)
Interessanterweise konnte bisher keine positive Wirkung durch die alleinige Gabe von Antihistaminika (ohne zusätzliche Kortikosteroide) nachgewiesen werden.
25.4
3. Adrenalininjektion falls Bronchospasmus progredient Larynxödem
1. Sauerstoff über eine Maske (6–10 l/min) 2. Adrenalin (1:1 000) 0,5 ml intravenös injiziert unter EKG-Monitoring
Blutdruckabfall ohne Bradykardie
1. Beine hochlagern 2. Sauerstoff über eine Maske (6–10 ml/min) 3. Intravenöse Flüssigkeit (NaCl oder Ringerlaktat) 4. Falls weiterhin bestehend Dopamin 2–5 μg/kg/min Infusion oder Adrenalininjektion
Vasovagale Reaktion
1. Beine hochlagern 2. Sauerstoff über eine Maske (6–10 l/min) 3. Intravenöse Flüssigkeit (NaCl oder Ringerlaktat)
25
Verzögerte generalisierte Reaktionen
Verzögerte Reaktionen ereignen sich in den meisten Fällen in den ersten 3 Tagen nach Gabe von jodhaltigem KM. Diese finden sich häufiger bei jungen Erwachsenen, Frauen und bei Patienten mit einer Allergie in der Anamnese. Prädisponierende Faktoren für das Entstehen einer verzögerten Reaktion sind eine vorangegangene verzögerte Reaktion und eine Interleukin-2-Therapie. Sie manifestieren sich in der Regel als Hautreaktionen mit makulopapulärem Exanthem, Erythem, Urtikaria und Angioödem. Die meisten Hautreaktionen sind gering bis moderat und i. Allg. selbstlimitierend. Das Management von verzögerten Reaktionen ist symptomatisch und identisch zu dem anderer medikamentös induzierter Hautreaktionen. > Verzögerte Reaktionen auf jodhaltige Kontrastmittel sind in der Regel selbstlimitierende Hautreaktionen.
4. Atropin 0,6 mg intravenös, falls notwendig in 3–5 min wiederholen bis max. 3 mg Anaphylaktische generalisierte Reaktion
1. Reanimationsteam rufen 2. Atemwege sichern
25.5
Hauttests zur Diagnose der Hypersensitivität auf jodhaltige Kontrastmittel
3. Beine hochlagern 4. Sauerstoff über eine Maske (6–10 l/min) 5. Intravenöse Flüssigkeit (NaCl oder Ringerlaktat) 6. Hydrocortison 500 mg intravenös 7. Adrenalin (1:1 000) 0,5 ml intravenös injiziert unter EKG-Kontrolle
Es empfiehlt sich hier die zusätzliche Gabe eines H1-Blockers: Clemastinum (z. B. Tavegyl®) 2 mg i.v. 1 h vor KM-Gabe. Eine weitere Option besteht in der zusätzlichen Gabe eines H2-Blockers: Ranitidinum (Zantic®) 50 mg i.v. 1 h vor KM-Gabe.
Die kontrastmittelinduzierten Reaktionen wurden früher als nichtallergisch eingestuft. Entsprechend wurden Hauttests als inadäquate Methoden angesehen, um Patienten mit potenzieller Hypersensitivität auf Kontrastmittel zu identifizieren. In den letzten Jahren konnten jedoch mehrere Studien zeigen, dass bis zu 50 % aller Patienten mit akuter und/oder verzögerter Reaktion auf jodhaltige Kontrastmittel zuvor positive Hauttests aufweisen. Ein möglicher klinischer Nutzen ergibt sich hier aus dem sehr hohen Vorhersagewert einer negativen Hauttestung: Bei einem negativen Hauttest ist eine Hypersensitivität auf jodhaltige Kontrastmittel nahezu ausgeschlossen, und wenn doch Reaktionen auftreten, sind diese schlimmstenfalls moderat.
222
Kapitel 25 · Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel
Trotz dieser ermutigenden Resultate ist aktuell noch unklar, ob und wann die Hauttestung bei Patienten vor geplanter KM-Gabe durchgeführt werden soll.
25.6
25
Technisch bedingt
Extravasation von Kontrastmittel
Die Extravasation (oder Paravasation) von intravenösem KM ereignet sich bei 0,25–0,9 % aller Patienten, bei denen ein mechanischer Powerinjektor verwendet wurde (. Abb. 25.2). Die Risikofaktoren für die Entstehung einer Extravasation sind in . Tab. 25.3 aufgelistet. Klinisch präsentiert sich eine Extravasation als brennender Schmerz, Spannungsgefühl, Ödem und Rötung. In schweren Fällen kann es zu einer Hautnekrose und/oder einem Kompartmentsyndrom kommen. Die initiale, konservative Behandlung ist in der Mehrzahl der Fälle ausreichend und beinhaltet das Anheben der betroffenen Gliedmaßen, die Kühlung mit Eispacks und die engmaschige Überwachung über mind. 2–4 h. Die Konsultation eines Chirurgen wird dringend empfohlen, wenn die Menge des Extravasats 100 ml KM übersteigt, und/ oder bei Hinweisen auf Durchblutungsstörungen, Parästhesien und zunehmenden Schmerzen innerhalb von 4 h sowie bei Entstehung von Hautblasen. > Bei Extravasation von Kontrastmittel: 1. Anheben der betroffenen Gliedmaßen, 2. Kühlung und 3. engmaschige Überwachung über mind. 2–4 h. Bei Hinweisen auf Durchblutungsstörungen, Parästhesien und zunehmenden Schmerzen innerhalb 4 h sowie Hautblasen soll dringend ein chirurgisches Konsil erfolgen.
25.7
. Tab. 25.3 Risikofaktoren für die Entstehung eines Extravasats
Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion
Jod ist ein kritischer Bestandteil für die Synthese und Exkretion von Schilddrüsenhormonen. Die in der CT verwendeten KM enthalten eine große Menge an Jod (ca. 200 000–300 000 mg), welche rasch
Verwendung eines Powerinjektors Weniger geeignete Punktionsstellen wie untere Extremitäten und kleine distale Venen Großes Volumen an Kontrastmittel Hochosmolares Kontrastmittel
Patientenbedingt
Eingeschränkte Kommunikation Fragile oder vorgeschädigte Venen (v. a. onkologische Patienten) Arterielle Insuffizienz Eingeschränkte lymphatische und/oder venöse Drainage Adipositas
. Abb. 25.2 Typisches Beispiel einer akzidentellen Extravasation von Kontrastmittel
nach der intravasalen Injektion freigegeben und zur Aufnahme in die Schilddrüse verfügbar wird. Die Konzentrationen von Jod im Serum bleiben nach KM-Gabe bis zu mehreren Monaten erhöht. In Jodmangelgebieten, speziell in Mitteleuropa, besteht eine höhere Inzidenz für Knotenstrumen und autonome Schilddrüsenerkrankungen, was v. a. bei älteren Personen eine – in der Regel subklinische – Hyperthyreose verursacht. Wird ein solcher Patient einer exzessiven Jodgabe ausgesetzt, so kann eine jodinduzierte Hyperthyreose oder Thyreotoxikose die Folge sein.
223 25.7 · Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion
Es gibt nur wenige kontrollierte Studien, die die exakten Zusammenhänge zwischen der Entstehung einer Thyreotoxikose und der Gabe von jodhaltigem Kontrastmittel untersucht haben. 4 Patienten mit einer Autoimmunerkrankung der Schilddrüse, wie z. B. einer Hashimoto-Thyroiditis, sind empfindlich für die Entwicklung einer abnormen Schilddrüsenfunktion. In den Wochen nach einer KM-Gabe entwickeln diese Patienten typischerweise eine Schilddrüsenunterfunktion (Hypothyreose), seltener eine Überfunktion (Hyperthyreose). Diese Funktionsstörungen können über Monate persistieren oder auch nur kurz andauern. 4 Patienten mit nichtautoimmunen Erkrankungen der Schilddrüse, wie z. B. einer Struma, können auch Dysfunktionen entwickeln. Hier besteht das Risiko, insbesondere bei Patienten mit nodulärer Struma und bei älteren Menschen (> 50 Jahre) mit Struma (mit oder ohne Medikation), nach KM-Gabe eine Autonomie zu entwickeln. 4 Die Inzidenz einer thyreotoxischen Krise als schwerste und lebensbedrohliche Form der Stoffwechselentgleisung der Schilddrüse nach Kontrastmittelexposition ist extrem gering. Bei 5 Mio. KM-Anwendungen pro Jahr sind vermutlich weniger als 40 thyreotoxische Krisen durch exogene Jodzufuhr KM-bedingt. 4 Ob Dysfunktionen der Schilddrüse nach KMGaben auch bei Patienten mit normaler Schilddrüsenfunktion vorkommen, ist hingegen unklar. Ein potenziell gravierendes Problem stellt die Unverträglichkeit von jodhaltigem KM mit nuklearmedizinischer Bildgebung und Radiojodtherapien dar: 4 Patienten unter einer Therapie mit radioaktivem Jod sollten mind. 2 Monate vor Beginn der Therapie kein jodhaltiges KM erhalten. 4 Die Gabe von jodhaltigem KM kann die Radiojodtherapie follikulärer Schilddrüsenkarzinome für Monate blockieren und die Krankheitsprognose signifikant verschlechtern. 4 Ebenso sollte keine nuklearmedizinische Bildgebung der Schilddrüse mit Isotopen für mind. 2 Monate nach einer Gabe von jodhaltigem KM erfolgen.
25
> Die Gabe von jodhaltigem KM bei Patienten mit einer bekannten Schilddrüsenerkrankung, wie z. B. einer HashimotoThyreoiditis oder Struma, kann eine Schilddrüsendysfunktion zur Folge haben. Patienten unter einer Therapie mit radioaktivem Jod sollten mind. 2 Monate vor Beginn der Therapie kein jodhaltiges KM erhalten. Patienten, die eine Bildgebung der Schilddrüse mit Isotopen erhalten, sollten für mind. 2 Monate kein jodhaltiges KM erhalten haben.
25.7.1
Prophylaxe
Eine grundsätzliche Prophylaxe vor Gabe von jodhaltigem KM (z. B. mit Perchlorat oder Thiamazol) wird als nicht sinnvoll erachtet. Der sensitivste Parameter für die Erkennung einer latenten oder manifesten Hyperthyreose ist das basale TSH. Die Bestimmung des TSH sollte von Risikofaktoren (Anamnese) und Alter (≥ 60 Jahre) des Patienten abhängig gemacht werden. Bei einer blanden Anamnese und einem TSH > 0,4 mU/ l ist eine passagere Hyperthyreose nach KM-Gabe unwahrscheinlich und eine KM-Applikation in der Regel unbedenklich. In Ermangelung valider Daten zur Prophylaxe einer Thyreotoxikose erscheint es sinnvoll, bei Supprimierten (TSH < 0,4 mU/l) das fT3- und fT4Schilddrüsenhormon nachzubestimmen und eine Prophylaxe mit 30 Trpf. Perchlorat 2 h vor und nach der Kontrastmittelgabe einzuleiten. Besonders wichtig ist, die Perchloratgabe (Irenat, 3-mal 30 Trpf.) für mind. 7 Tage nach der Applikation fortzusetzen. Bei Vorliegen einer manifesten Hyperthyreose (TSH erniedrigt, fT3 und fT4 erhöht) ist die Indikation grundsätzlich streng zu stellen; eine Gabe jodhaltiger KM ist dann nur in dringlichen Fällen und unter sorgfältiger, nachfolgender Überwachung zulässig. Vor der KM-Gabe sollte eine endokrinologische Abklärung erfolgen und mit der Prophylaxe mind. 2 Tage vor der Untersuchung begonnen werden. Eine praktische Vorgehensweise zum Risikoscreening auf eine KM-induzierte Schilddrüsenfunktionsstörung ist in . Abb. 25.3 aufgezeigt.
224
Kapitel 25 · Unerwünschte Wirkungen jodhaltiger Kontrastmittel
25
. Abb. 25.3 Schema für die Vorgehensweise zur Prophylaxe einer KM-induzierten Schilddrüsenfunktionsstörung. (Mod. nach Becker [1])
25.8
Jodhaltiges Kontrastmittel und Bronchialsystem
Jodhaltiges Kontrastmittel kann in sehr seltenen Fällen zu Bronchospasmen, zu einem erhöhten pulmonalarteriellen Druck und zu einem Lungenödem führen. Gefährdet sind insbesondere Patienten mit einer Anamnese für Asthma, für eine pulmonalarterielle Hypertonie und mit einem beginnenden Herzversagen. Um dieses ohnehin geringe Risiko weiter zu minimieren, wird empfohlen, nichtionisches (iso- oder hypoosmolares) und die kleinstmögliche Menge von KM zu verwenden.
25.9
Kontrastmittel und katecholaminproduzierende Tumoren
Bei Patienten mit katecholaminproduzierenden Tumoren (wie z. B. Phäochromozytomen) kann es unter der Gabe von jodhaltigem KM zu einer teils massiven Freisetzung von Katecholaminen kommen. Diese unerwünschte Wirkung tritt v. a. im Zusammenhang mit ionischem KM auf. Wie real die tatsächliche Gefahr bei nichtionischen KM ist und ob ein explizites Vorgehen notwendig und wirksam ist, bleibt nach aktueller Datenlage unklar.
Nichtsdestrotrotz wird ein Vorgehen abhängig von der biochemischen Aktivität des Tumors empfohlen: 4 Falls die CT für die bildgebende Lokalisation eines biochemisch bekanntermaßen katecholaminproduzierenden Tumors durchgeführt werden soll, sollte vor der intravenösen Gabe von KM eine α- und β-Rezeptor-Blockade mit oral applizierten Medikamenten unter der Aufsicht des zuweisenden Arztes erfolgen. Eine α-Blockade mit intravenösem Phenoxybenzamin ist nicht notwendig. 4 Für die intraarterielle Gabe von KM sollte eine α- und β-Rezeptor-Blockade mit oral applizierten Medikamenten und eine α-Blockade mit intravenösem Phenoxybenzamin unter Aufsicht des zuweisenden Arztes erfolgen. Zur Charakterisierung von inzidentellen Nebennierentumoren sind keine speziellen Vorbereitungen notwendig. In jedem Fall sollten für die CT nichtionische KM verwendet werden.
25.10
Weiterführende Literatur
Becker C (2007) Radiologisch praxisrelevante Prophylaxe und Therapie von Nebenwirkungen jodhaltiger Kontrastmittel. Radiologe 47: 768–773
225 25.10 · Weiterführende Literatur
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25
26
Kontrastmittelinduzierte Nephropathie Hatem Alkadhi
26.1
Einleitung
– 228
26.2
Definition
– 228
26.3
Inzidenz
26.4
Injektionsroute des jodhaltigen KM
26.5
Osmolarität
26.6
Prädisponierende Faktoren
26.7
Prävention der kontrastmittelinduzierten Nephropathie – 229
26.8
Risikoscreening für eine KM-induzierte Nephropathie – 229
26.9
Dialyse zur Prävention der KM-induzierten Nephropathie – 231
26.10
Metformin und das Risiko einer Laktatazidose
– 231
26.11
Gadolinium als Alternative zu jodhaltigem KM
– 231
26.12
Weiterführende Literatur
– 228 – 228
– 228 – 229
– 232
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_26, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
26
228
Kapitel 26 · Kontrastmittelinduzierte Nephropathie
26.1
Einleitung
Die Nephropathie stellt eine organspezifische unerwünschte Wirkung auf die intravasale Gabe von jodhaltigem Kontrastmittel dar. Insbesondere bei einer vorbestehenden Nierenerkrankung ist das Risiko der Entstehung einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie erhöht. Heute sind viele Risikofaktoren zur Entstehung der kontrastmittelinduzierten Nephropathie bekannt, und es existieren zahlreiche Maßnahmen zu ihrer Prävention und Therapie. Deshalb sind präzise Kenntnisse der Erkrankung, die Erkennung von Patienten, die diesem Risiko besonders ausgesetzt sind, sowie die Prävention ihrer Entstehung für den Radiologen und für die MTRA wichtig, um dieser potenziell schweren Erkrankung entsprechend rechtzeitig zu begegnen. Sämtliche hier wiedergegebenen Empfehlungen sind im Einklang mit denen der European Society of Urogenital Radiology (ESUR). Für andere unerwünschte Wirkungen auf jodhaltiges Kontrastmittel wird auf 7 Kap. 25 verwiesen.
26.2
Definition
Es existieren 2 gebräuchliche Definitionen für die kontrastmittelinduzierten Nephropathie: 4 Akute Verschlechterung der Nierenfunktion innerhalb von 48 h nach Gabe von KM durch einen Anstieg des Serumkreatinins auf mind. 5 mg/dl (44 μmol/l). 4 Anstieg des Serumkreatinins innerhalb von 72 h nach KM-Gabe a) um mehr als 25 %, wenn das Ausgangs(baseline-)Serumkreatinin < 1,5 mg/dl war, oder b) um mehr als 1,0 mg/dl, wenn das Ausgangs(baseline-)Serumkreatinin > 1,5 mg/dl war.
26.3
eine präexistierende Nephropathie vorhanden ist, steigt das Risiko auf 12–27 %. Im Vorhandensein einer diabetischen Nephropathie beträgt das Risiko durch jodhaltiges KM bis zu 50 %. Generell gilt hier, dass nichtionische KM im Vergleich zu ionischen KM weniger nephrotoxisch sind. > Das Risiko einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie beträgt bei Patienten ohne Anamnese oder Zeichen einer Nierenerkrankung deutlich unter 1 %. Das Risiko steigt hingegen bei Patienten mit präexistierender Nephropathie und insbesondere bei einer diabetischen Nephropathie auf bis zu 50 % an.
26.4
Injektionsroute des jodhaltigen KM
Nach aktueller Datenlage ist die Injektionsroute ein relevanter Faktor für das Risiko der Entstehung einer KM-induzierten Nephropathie. Bei intraarterieller Gabe von jodhaltigem KM scheint das Risiko einer KM-induzierten Nephropathie höher als bei einer intravenösen Applikation zu sein. Beachtet werden muss jedoch, dass bei einer selektiven arteriellen Angiographie, z. B. der Nierenarterien, die lokale Konzentration des KM höher ist, und dass bei einer Katheterintervention proximal der Nierenarterien eine Cholesterinembolisation den Effekt einer KM-induzierten Nephropathie vortäuschen kann. > Es gibt Hinweise darauf, dass die intraarterielle Gabe von jodhaltigem KM höhere Risiken der Entstehung einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie als die intravenöse Applikation aufweist.
Inzidenz
Die Inzidenz der KM-induzierten Nephropathie gemäß Literatur variiert erheblich, was z. T. an den unterschiedlichen Definitionen der Nephropathie liegt. Bei Patienten ohne Anamnese oder Zeichen einer Nierenerkrankung ist das Risiko einer KMinduzierten Nephropathie deutlich unter 1 %. Falls
26.5
Osmolarität
Ein weiterer, teils kontrovers diskutierter Faktor bei der Entstehung der KM-induzierten Nephropathie ist die Osmolarität des applizierten Präparats. Initiale Ergebnisse zeigten einen Vorteil bei der Verwen-
229 26.8 · Risikoscreening für eine KM-induzierte Nephropathie
dung von isoosmolaren KM (wie z. B. Iodixanol) mit einem geringeren Risiko gegenüber hypoosmolaren KM (wie z. B. Iopromidum oder Iomeprol). Nach aktueller Datenlage jedoch erachtet man das Risiko der Entstehung einer KM-induzierten Nephropathie bei hypo- und isoosmolaren KM bei der intravenösen Applikation als identisch. Interessanterweise zeigen sich Vorteile für das hypoosmolare KM für die Entstehung einer KMinduzierten Nephrotoxizität nur in Bezug auf eine intraarterielle Applikation. > Die aktuelle Datenlage deutet darauf hin, dass bei intravenöser Applikation das Risiko der Entstehung einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie bei isoosmolaren und hypoosmolaren KM vergleichbar ist.
26.6
Prädisponierende Faktoren
Prädisponierende Faktoren für das Entstehen einer KM-induzierten Nephropathie sind 4 eine präexistierende Nephropathie (Serumkreatinin ≥ 1,5 mg/dl), 4 ein Diabetes mellitus, 4 eine Dehydratation, 4 kardiovaskuläre Erkrankungen, 4 die Verwendung von Diuretika, 4 ein fortgeschrittenes Alter (≥ 70 Jahre), 4 ein multiples Myelom, 4 eine arterielle Hypertonie und 4 eine Hyperurikämie.
26.7
26
100 ml/h, welche 6–12 h vor KM-Gabe beginnen und 4–12 h nach KM-Gabe weitergeführt werden soll. Initiale Studienergebnisse haben einen positiven Effekt der Gabe von oralem N-Acetylcystein gezeigt. Jedoch konnten diese Ergebnisse in zahlreichen späteren Studien nicht mehr reproduziert werden. Daher ist die Gabe von N-Acetylcystein zur Prophylaxe der KM-induzierten Nephropathie in aktuellen Empfehlungen nicht aufgeführt. Ähnliches gilt auch für die Gabe von Kaliumbicarbonat, Theophyllin oder Fenoldopam, bei denen allen eine klare Evidenz eines Vorteils zur Prophylaxe der KM-induzierten Nephropathie fehlt. > Die wichtigsten Maßnahmen zur Prävention einer KM-induzierten Nephropathie sind die 4 ausreichende Hydratation sowie die 4 Verwendung einer möglichst geringen Menge an KM. > Die Gabe von N-Acetylcystein beeinflusst das Risiko der Entstehung einer KM-induzierten Nephropathie nicht.
26.8
Risikoscreening für eine KM-induzierte Nephropathie
Bis zu 97 % aller Patienten mit einem erhöhten Serumkreatinin (≥ 2,0 mg/dl) haben Risikofaktoren für das Entstehen einer KM-induzierten Nephropathie. Es empfiehlt sich daher, das Serumkreatinin vor Applikation des KM zu bestimmen. Indikationen für eine Bestimmung des Serumkreatinins vor KM-Gabe sind in nachstehender Übersicht aufgelistet.
Prävention der kontrastmittelinduzierten Nephropathie
Die Hydratation mit intravenöser Flüssigkeit und die Verwendung der geringstmöglichen Menge an jodhaltigem KM sind die entscheidenden Maßnahmen zur Prophylaxe einer kontrastmittelinduzierten Nephropathie. Die Hydratation sollte in der Regel 6–12 h vor der KM-Gabe beginnen, was in einer Notfallsituation für gewöhnlich nicht möglich ist. Die Hydratation beinhaltet die Gabe von physiologischer NaCl-Lösung mit einer Injektionsrate von
Indikatoren für eine SerumkreatininBestimmung vor Gabe von jodhaltigem KM 4 Anamnese einer Nierenerkrankung 4 Familienanamnese eines Nierenversagens 4 Diabetes mellitus, welcher durch Insulin oder andere Medikamente behandelt wird 4 Multiples Myelom 4 Kollagenosen 4 Medikamente: Metformin, nichtsteroidale Entzündungshemmer, Aminoglykoside
230
26
Kapitel 26 · Kontrastmittelinduzierte Nephropathie
Es ist üblich, einen Serumkreatinin-Grenzwert von 1,5 mg/dl für die Detektion von Risikopatienten für eine KM-induzierte Nephropathie zu verwenden. Jedoch können erhebliche Nierenfunktionsstörungen auch bei normalem Serumkreatininwert vorhanden sein. Es ist daher geboten, Risikopatienten mit der geschätzten glomerulären Filtrationsrate (GFR) zu identifizieren, weil ein abnormer GFR-Wert bei Patienten mit einer bis dahin unbekannten Nierenerkrankung trotz normalen Serumkreatinins vorkommen kann. Es existieren zahlreiche Formeln zur Errechnung der geschätzten GFR. Eine etablierte Formel ist z. B. die der »Modification of Diet in Renal Disease (MDRD)-Gruppe«: GFR (ml/min/1,73 m2) = 186 × (Serumkreatinin)-1,154 × -0,203 (Alter) × (0,742, falls weiblich) × (1,212 bei Dunkelhäutigen). Die MDRD-Formel erfordert keine Angabe des Körpergewichts, da sie die GFR für eine standardisierte Körperoberfläche von 1,73 m2 angibt. Sie ist bei Menschen mit moderater bis schwerer chronischer Niereninsuffizienz genauer als z. B. die Cockcroft-Gault-Formel und die Kreatinin-Clea-
. Tab. 26.1 Risiko einer KM-induzierten Nephropathie basierend auf der geschätzten GFR GFR (ml/min/ 1,73 m2)
Risiko einer KM-induzierten Nephropathie
Intravenöse Gabe von jodhaltigem KM
> 60
Zu vernachlässigen
Sicher
30–59
Mäßig
Nur wenn klinisch essenziell, Prophylaxe dringend empfohlen
< 30
Hoch
Kontraindiziert
rance. Andererseits ist der Wert der MDRD-Formel bei Nierengesunden nicht gänzlich geklärt, und eine Anwendung bei hospitalisierten Patienten wird nicht empfohlen. Bedienerfreundliche GFR-Rechner sind auf diversen Internet-Seiten verfügbar, wie z. B. http:// www.nierenrechner.de/nierenrechner/GFR-Rechner.htm oder http://www.kidney.org/professionals/ kdoqi/gfr_calculator.cfm. Das Risiko einer KM-induzierten Nephropathie basierend auf der geschätzten GFR ist in . Tab. 26.1 aufgelistet.
. Abb. 26.1 Schema für das Vorgehen zur Prophylaxe einer KM-induzierten Nephropathie. (Mod. nach Becker [1])
231 26.11 · Gadolinium als Alternative zu jodhaltigem KM
Eine praktische Vorgehensweise zum Risikoscreening auf eine KM-induzierte Nephropathie ist in . Abb. 26.1 aufgezeigt.
26.9
Dialyse zur Prävention der KM-induzierten Nephropathie
Der theoretische Sinn einer Hämodialyse (oder Peritonealdialyse) nach KM-Exposition besteht darin, das KM rasch aus dem Kreislauf zu eliminieren und somit potenzielle Nierenschäden zu verhindern bzw. zu reduzieren. KM sind wasserlösliche, minimal proteingebundene und nicht metabolisierbare Substanzen, die sich exklusiv im Extrazellulärraum aufhalten und tatsächlich mit allen Dialyseverfahren entfernt werden können. Dennoch konnte bislang kein Nutzen einer Dialyse für Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion durch KM gezeigt werden. Somit ist eine Dialyse (sowohl Hämo- als auch Peritonealdialyse) im Anschluss an eine Gabe von jodhaltigem KM weder extra vorzunehmen, noch ist die Zeitspanne zwischen einer intravasalen KM-Gabe mit einer geplanten Dialyse zu koordinieren. > Die Dialyse zeigt keine Verringerung des Risikos der Entstehung einer KM-induzierten Nephropathie und muss daher nicht extra vorgenommen werden. Auch das Koordinieren der Zeit der KMGabe mit einem geplanten Dialysetermin ist nicht notwendig.
abreichen. Manche Autoren raten, Metformin bei Patienten mit normaler Nierenfunktion nicht abzusetzen, da in dieser Gruppe die Gefahr einer Laktatazidose extrem gering ist. Die ESUR empfiehlt bei elektiven CT-Untersuchungen mit jodhaltigem KM ein Vorgehen abhängig von der GFR: 4 Ist die geschätzte GFR > 60 ml/min/1,73 m2, kann das Metformin weiter eingenommen werden. 4 Ist die geschätzte GFR zwischen 30 und 59 ml/ min/1,73 m2, sollte das Metformin 48 h vor bis inkl. 48 h nach KM-Gabe abgesetzt werden. Es sollte erst dann wieder eingenommen werden, wenn das Serumkreatinin 48 h nach KM-Gabe unverändert geblieben ist. 4 Ist die geschätzte GFR < 30 ml/min/1,73 m2, darf Metformin ohnehin nicht eingenommen, und jodhaltiges KM muss unbedingt vermieden werden (. Tab. 26.1). > Die Einnahme von Metformin kann in seltenen Fällen bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion zu einer Laktatazidose führen. Daher wird empfohlen, das Metformin bei eingeschränkter Nierenfunktion (geschätztes GFR zwischen 30 und 60 ml/min/ 1,73 m2) zu sistieren. Bei schlechter Nierenfunktion (geschätztes GFR < 30 ml/min/1,73 m2) sollte Metformin nicht eingenommen werden.
26.11 26.10
Metformin und das Risiko einer Laktatazidose
Die Gabe von Metformin, einem oralen Antidiabetikum, kann bei Patienten mit einer eingeschränkten Nierenfunktion in seltenen Fällen zu einer Laktatazidose führen. Zudem kann unkontrollierter Diabetes einen Volumenmangel bewirken und somit das Risiko für eine KM-induzierte Nephropathie erhöhen. Die Plasmahalbwertszeit von Metformin beträgt ca. 1,5–4,9 h. Daher scheint es unproblematisch, Metformin bis zur Nacht vor der KM-Gabe zu ver-
26
Gadolinium als Alternative zu jodhaltigem KM
Gadolinium, das Standard-KM bei der Magnetresonanztomographie, kann ähnlich wie Jod Röntgenstrahlen schwächen. Es ist jedoch zu beachten, dass Gadolinium – wenn es in Dosen verabreicht wird, welche eine äquivalente Schwächung von Röntgenstrahlen wie jodhaltige KM erreichen soll – toxischer als jodhaltiges KM ist. Es wird deshalb davon abgeraten, Gadolinium als KM in der Computertomographie zu verwenden.
232
26
Kapitel 26 · Kontrastmittelinduzierte Nephropathie
> Gadolinium als Alternative zu jodhaltigem KM sollte in der Computertomographie nicht verwendet werden. Der Grund ist die höhere Nephrotoxizität bei den hohen Gadoliniumdosen, welche für eine äquivalente Schwächung von Röntgenstrahlen benötigt werden. Ein weiterer Grund ergibt sich aus der Nephrogenen Systemischen Sklerose (NSF), einer seltenen aber schweren Nebenwirkung gadoliniumhaltiger Kontrastmittel bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion.
26.12
Weiterführende Literatur
Becker C (2007) Radiologisch praxisrelevante Prophylaxe und Therapie von Nebenwirkungen jodhaltiger Kontrastmittel. Radiologe 47: 768–773 Erley C (2007) Mit jodhaltigen Kontrastmitteln induzierte Nephropathie. Radiologe 47: 761–767 European Society of Urogenital Radiology (2008) ESUR Guidelines on Contrast Media. http://www.esur.org/Contrast-media.51.0.html. Zugegriffen: 21.03.2011 Heinrich MC, Häberle L, Müller V, Bautz W, Uder M (2009) Nephrotoxicity of Iso-osmolar Jodixanol Compared with Nonionic Low-osmolar Contrast Media: Meta-analysis of Randomized Controlled Trials. Radiology 250: 65–86 Lin J, Bonventre JV (2005) Prevention of radiocontrast nephropathy. Curr Opin Nephrol Hypertens 14: 105–110 Thomsen HS, Morcos SK (2006) ESUR guidelines on contrast media. Abdom Imaging 31: 131–140
27
Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit Johannes M. Fröhlich und Rahel A. Kubik-Huch
27.1
Einleitung
– 234
27.2
Anatomisch-physiologische Grundlagen für den Kontrastmittelübertritt in die fetale Zirkulation – 234
27.2.1 27.2.2 27.2.3 27.2.4
Mütterlich-fetaler Blutkreislauf – 234 Stoffaustausch in der Plazenta – 234 Plazentapassage von jodhaltigen Kontrastmitteln Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion – 236
27.3
Pathophysiologische Grundlagen des Kontrastmittelübertritts in die Muttermilch
– 235
27.4
Potenzielle schädigende Auswirkungen auf das ungeborene oder neugeborene Kind – 237
27.4.1
Intrauterine Exposition
27.5
Aktuelle Empfehlungen bzgl. Kontrastmittelgabe
27.6
Weiterführende Literatur
– 237
– 237
– 239
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_27, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 238
27
234
Kapitel 27 · Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit
27.1
Einleitung
Bei der bildgebenden Untersuchung der schwangeren Patientin ist besondere Vorsicht geboten. Der medizinische Nutzen muss bei der Indikationsstellung im individuellen Fall mit dem potenziellen Risiko, insbesondere auch für das ungeborene Kind, abgewogen werden. Etwaige alternative diagnostische Vorgehensweisen sollten jeweils in Betracht gezogen werden. Neben der in 7 Kap. 24 diskutierten Strahlenbelastung durch die CT-Untersuchung ist hier bei kontrastmittelverstärkten CT-Untersuchungen die potenziell schädigende Auswirkung durch die Applikation jodhaltiger Kontrastmittel zu berücksichtigen, die in diesem Kapitel diskutiert wird. Während der Stillzeit ist zu beachten, dass das der Mutter für eine CT-Untersuchung applizierte Kontrastmittel in sehr geringen Mengen in die Muttermilch übertritt, sodass auch hier die Kenntnis potenzieller Auswirkungen sowie die gute Patientinneninformation wichtig sind. > Bei kontrastmittelverstärkten CT-Untersuchungen während der Schwangerschaft muss bei der Indikationsstellung der Nutzen für die Mutter mit dem potenziellen Risiko für das Kind sorgfältig abgewogen werden.
27.2
Anatomisch-physiologische Grundlagen für den Kontrastmittelübertritt in die fetale Zirkulation
27.2.1
Mütterlich-fetaler Blutkreislauf
Für die Entwicklung der Fruchtanlage und damit eine erfolgreiche Schwangerschaft ist eine funktionelle Verbindung zwischen dem mütterlichen und fetalen Blutkreislauf eine entscheidende Voraussetzung. Vonseiten der Mutter wird die Plazenta durch die Arteria uterina versorgt. Cavumwärts kommt es zuerst zur Aufzweigung in die Arteriae arcuatae, die sich dann in die Radialarterien und danach wiederum in die sog. Basal- und Spiralarterien ver-
zweigen. Unter dem hormonellen Einfluss in der Schwangerschaft erweitern sich die Spiralarterien, und etwa bis zum Ende der ersten Schwangerschaftshälfte erfolgt eine extravillöse Invasion der fetalen Trophoblastzellen, der äußersten Schicht der Zotten, in die Spiralarterien und konsekutiv eine trichterförmige Erweiterung bis auf das 1000fache. Mütterliches Blut strömt springbrunnenartig aus den Spiralarterien in den sog. intervillösen Raum, der am Ende der Schwangerschaft etwa 200 ml Blut enthält, und umspült so die fetalen Zotten (. Abb. 27.1). Die Zotten enthalten fetale Blutkapillaren, die über 2 Arterien und 1 Vene in der Nabelschnur an den kindlichen Kreislauf angeschlossen sind. Etwa 500–700 ml Blut/min erneuern mütterlicherseits am Ende der Schwangerschaft den Blutpool und erlauben, den großen Sauerstoffund Nährstoffbedarf des Kindes zu decken. Wie . Abb. 27.1 zeigt, sind mütterliches und fetales Blut durch fetales Gewebe getrennt. In der reifen Plazenta besteht diese Barriere, die eigentliche Plazentaschranke, zwischen mütterlichem und fetalem Blut nur noch aus dem Synzytium des Trophoblasten, einer schmalen Bindegewebsschicht und der fetalen Kapillarwand (etwa 2–3 μm Dicke) (. Abb. 27.1).
27.2.2
Stoffaustausch in der Plazenta
Der Stoffaustausch in der Plazenta und damit der Übertritt von Substraten vom mütterlichen in den fetalen Blutkreislauf hängen von der Aufnahmekapazität des Blutes für diesen Stoff, der Durchblutungsmenge und der Permeabilität der Plazentamembran für das Substrat ab. Man unterscheidet einen aktiven Stofftransport, z. B. enzymatische Prozesse, für die Aufnahme von Vitaminen oder für die Phagozytose von Makromolekülen von der passiven Stoffbewegung. Zur letzteren Gruppe gehört die einfache Diffusion (Gase wie O2 oder CO2, aber auch lipophile Medikamente mit einem Molekulargewicht < 600 Da), die erleichterte Diffusion (z. B. Glukoseaustausch) sowie die Diapedese und Filtration, also der Durchtritt von z. B. Lymphozyten durch Membranporen oder den Austausch anhand osmotischer oder hydrostatischer Druckdifferenzen.
235 27.2 · Anatomisch-physiologische Grundlagen für den Kontrastmittelübertritt
. Abb. 27.1 Uterine Gefäßversorgung während der Schwangerschaft (oben): Mütterliches Blut aus erweiterten Kapillaren und Lakunen (sog. intervillöser Raum) umspült die fetalen Zotten, die die fetalen Blutkapillaren enthalten. Mütterliches und fetales Blut sind durch fetales Gewebe getrennt (unten). In der reifen Plazenta (ca. ab 4. Schwanger-
27.2.3
Plazentapassage von jodhaltigen Kontrastmitteln
Im Fall jodhaltiger Kontrastmittel ist entscheidend, ob es sich um lipophile oder hydrophile Substanzen handelt. Lipophile Stoffe sind gut plazentagängig, hydrophile Kontrastmittel hingegen sollten theoretisch schnell über die Nieren ausgeschieden werden. Der Anteil an freiem Jod bzw. Jodid existiert nur in Spuren (weit unter 1 o/oo, Normgrenzwerte der Industrie < 50μg/ml). Während initiale Studien am Tiermodell nach intravenöser Applikation jodhaltiger Kontrastmittel keine eindeutige Plazentapassage und insbesondere keine Retention von Kontrastmittel in der Amnionflüssigkeit oder im fetalen Gewebe nachweisen konnten, ist die Plazentapassage und der Nachweis des Kontrastmittels im Darm menschlicher Feten zwischenzeitlich in der Literatur verschiedentlich dokumentiert. Es muss daher davon ausgegangen werden, dass die sehr hydrophilen und sich durch ein geringes Molekulargewicht (500–850 Da) auszeichnenden Röntgenkontrastmittel in geringen Mengen die Plazentaschranke nach intravenöser Anwendung passieren. > Es muss davon ausgegangen werden, dass nach intravenöser Anwendung die sehr hydrophilen und sich durch ein geringes Molekulargewicht auszeichnenden jod- wie auch gadoliniumhaltigen Kontrastmittel in geringen Mengen die Plazentaschranke passieren.
27
schaftsmonat) besteht diese 2–3 μm messende Plazentaschranke nur noch aus dem Synzytium des Trophoblasten, einer dünnen Bindegewebsschicht, und der fetalen Kapillarwand. (Zeichnung mit freundlicher Genehmigung von Wolfgang Herzig, www.des-illu.com)
Bei oraler Gabe von jodierten Röntgenkontrastmitteln (z. B. Gastrografin®, Peritrast®, Telebrix Gastro®, Omnipaque®, Visipaque®) ist die Resorption bereits so gering (meist < 1 %, nur in Ausnahmefällen höher), dass die fetale Exposition zu vernachlässigen ist. Vermutlich ist auch bei der oralen Gabe von Bariumsulfat (BaSO4) die Resorption vernachlässigbar, wobei es hierzu momentan keine kontrollierten Studien gibt. > Bei oraler Verabreichung von Röntgenkontrastmitteln ist die mütterliche gastrointestinale Resorption so gering, dass die fetale Exposition zu vernachlässigen ist.
Anders verhält es sich mit lipophileren Molekülen wie den heute kaum noch verwendeten gallengängigen Röntgenkontrastmitteln oder dem jodierten Mohnöl (z. B. Lipiodol Ultra-fluide®). Dieses früher für die Amniofetographie verwendete Kontrastmittel passiert aufgrund seiner Lipophilie wesentlich einfacher die Plazentaschranke, wird teilweise in der Vernix resorbiert und auch wesentlich langsamer wieder eliminiert, was zu höheren fetalen Schilddrüsenbelastungen führt. Nach Eintritt in den fetalen Kreislauf zirkuliert das Kontrastmittel im gesamten Organismus und wird renal über den Urin in die Amnionflüssigkeit eliminiert. Diese wird teilweise vom Embryo geschluckt und führt allenfalls zu einer Kontrastierung des Magen-Darm-Trakts. Teilweise erfolgt eine orale Resorption im fetalen Dünndarm, während der Rest unverändert in die Amnionflüssigkeit eliminiert wird. Dieser Zyklus wiederholt sich mehrfach.
27
236
Kapitel 27 · Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit
27.2.4
Kontrastmittel und Schilddrüsenfunktion
Schilddrüsenfunktionsbeeinträchtigung mit Auswirkungen auf die ZNS-Reifung führen. Die bei zahlreichen Neugeborenen nach Röntgenkontrastmittelexposition durchgeführten TSH-Messungen weisen allerdings eher auf eine geringe Belastung ohne weitere Folgen hin. Besondere Risikosituationen, wie eine eingeschränkte Nierenfunktion der Mutter, evtl. höhere Dosen oder auch die weitere Komedikation, sollten nicht unberücksichtigt bleiben.
Neben der Belastung des fetalen Organismus durch das Röntgenkontrastmittel selbst muss v. a. auch die Jodidbelastung und damit der nachteilige Effekt auf die fetale Schilddrüsenfunktion diskutiert werden (7 Kap. 25). Jodid, welches sowohl in Spuren im Kontrastmittel enthalten ist – Grenzwert 50 μg/ml bei der Herstellung, im Lauf der Lagerung teilweise höher (bis 190 μg/ml) – als auch sekundär infolge enzymatischer Dejodierung im maternellen Kreislauf freigesetzt wird, kann die Plazentaschranke in beide Richtungen passieren (. Abb. 27.2). Über die genauen Expositionsmengen gehen die Meinungen sehr weit auseinander, jedoch dürften die von der WHO während der Schwangerschaft festgelegten Grenzdosen von 500 μg erreicht werden. Potenziell kann eine erhöhte Jodidexposition zu einer fetalen
> Jodierte wasserlösliche Röntgenkontrastmittel treten in geringem Maß in den fetalen Kreislauf und Organismus über. Berücksichtigen sollte man die erhöhte Jodidexposition des Feten infolge von Spurenmengen in den Kontrastmittellösungen sowie sekundärer Dejodierung im mütterlichen Stoffwechsel.
. Abb. 27.2 Schematische Darstellung der Dejodierung eines nichtionischen Monomers (Iobitridol DCI) durch körpereigene Dejodasen im mütterlichen Kreislauf. Dies führt
zu einer Freisetzung von Jodid und damit zur verstärkten Jodidbelastung des Organismus und insbesondere der Schilddrüse
237 27.4 · Potenzielle schädigende Auswirkungen auf das ungeborene oder neugeborene Kind
27.3
Pathophysiologische Grundlagen des Kontrastmittelübertritts in die Muttermilch
Die mögliche Belastung des Kindes durch eine von der Mutter oral oder parenteral aufgenommene Substanz ist nach der Geburt durch das Stillen weitaus geringer als während der Schwangerschaft inutero. Zahlreich sind die Barrieren, die eine Substanz überwinden muss, bevor sie im kindlichen Organismus wirksam werden kann. Nach oraler Administration begrenzen die Aufnahme im mütterlichen Magen-Darm-Trakt, die anschließende Metabolisierung und die Ausscheidung über die Nieren die Menge, die in der Blutbahn zur Brustdrüse gelangt. In der Brustdrüse selbst hängt es wie in der Plazenta oder an anderen Organgrenzen vom Substrat ab, ob der Transport durch einfache Diffusion oder aktive Systeme erfolgt. Begünstigt wird der Übertritt vom Blut in die Milch durch Substanzeigenschaften wie eine gute Fettlöslichkeit, geringe Molekülgröße, alkalisches Lösungsverhalten (pHWert der Milch 6,8–7,1), geringer Ionisationsgrad und geringe Eiweißbindung im Blut. Als nächste Barriere folgt, dass nicht alle Substanzen vom kindlichen Darm aufgenommen werden oder nach der Resorption gleich abgebaut werden. Humanstudien haben gezeigt, dass weniger als 1 % der der Mutter verabreichten parenteralen Röntgenkontrastmittel-Dosis über die Muttermilch ausgeschieden werden. Die Exkretion des Röntgenkontrastmittels mit der Muttermilch erfolgt über einen längeren Zeitraum als ursprünglich angenommen, d. h. sicher länger als 48 h. Orale Kontrastmittelstudien haben gezeigt, dass üblicherweise weniger als 1 % der vom Kind aufgenommenen Kontrastmittelmenge im Darm des Neugeborenen resorbiert wird. Hieraus ergibt sich eine maximale Belastung des Neugeborenen von 0,01 %, was bei einer Volumengabe von 100 ml eines nichtionischen Röntgenkontrastmittels einem Volumen von 10 μl entsprechend 3,0–3,5 mg organisch gebundenem Jod gleichkommt. Bei Röntgenkontrastmittel-Untersuchungen von Neugeborenen werden wesentlich höhere Dosen (2–10 ml/kg Körpergewicht) intravaskulär verabreicht. Die Jodidbelastung des Neugeborenen kann infolge der geringen oralen Expositionsdosen ver-
27
nachlässigt werden. Allenfalls kommt noch die spezifische Symporteraktivität der Brustdrüsen mit einer gewissen Jodid-Akkumulations-Kapazität zum Tragen, was den relativ hohen Normalgehalt an Jodid in der Brustmilch von 20–150 μg/l erklärt. Radiojodmessungen haben allerdings gezeigt, dass es bei erhöhtem Angebot an Jodid zu einem Kompensationsmechanismus und Sättigungseffekt des Symporters in der mütterlichen Brust kommt. > Weniger als 1 % der der Mutter verabreichten parenteralen RöntgenkonstrastmittelDosis wird über die Muttermilch ausgeschieden. Die Jodidbelastung des Neugeborenen kann somit vernachlässigt werden.
27.4
Potenzielle schädigende Auswirkungen auf das ungeborene oder neugeborene Kind
27.4.1
Intrauterine Exposition
Wie in 7 Abschn. 27.2 und 7 Abschn. 27.3 dargelegt, währt die Exposition des ungeborenen Kindes mit Röntgenkontrastmitteln und mit allenfalls freigesetztem Jodid relativ kurz. Wie bei jeder Fremdsubstanz müssen die reproduktionstoxischen, d. h. die mutagenen, teratogenen und immunogenen Effekte berücksichtigt werden. Es muss betont werden, dass aufgrund fehlender Studien sowie evtl. auch längerer Latenzperioden der Effekt der jodierten Röntgenkontrastmittel auf den Embryo beim Menschen eher unzureichend dokumentiert ist. Den präklinischen Studien entnimmt man, dass die akute sowie auch die subakute Toxizität der Röntgenkontrastmittel äußerst gering sind. Präklinische Studien konnten keine spezifischen fetotoxischen Effekte bei Normaldosen (< 3,5 g I/kg KG = 10 ml/kg KG) nachweisen. Mutagene oder teratogene Effekte konnten weder in-vitro noch in-vivo bei wasserlöslichen jodhaltigen Kontrastmitteln nachgewiesen werden. Präklinische Fertilitätsstudien wiesen weder bei der Ratte noch beim Kaninchen nachteilige Wirkungen nach. Schließlich haben die zahlreichen dokumentierten Kontrastmittelanwendungen während der Schwangerschaft praktisch keine nachteiligen Wirkungen beim Neugeborenen zeigen können.
238
Kapitel 27 · Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit
> Mutagene oder teratogene Effekte konnten weder in-vitro noch in-vivo bei wasserlöslichen jodhaltigen Kontrastmitteln nachgewiesen werden.
27
jExposition beim Stillen
Die orale Belastung mit ca. 10 μl Röntgenkontrastmittel, über 1–2 Tage aufgenommen, liegt weit unter den empfohlenen parenteralen Dosierungen (2– 10 ml/kg Körpergewicht). Als potenzielles Risiko kommen die direkte Toxizität, eine allergische Sensibilisierung oder die pseudoallergische Erstreaktion infrage. In Anbetracht der geringen Dosen kann die akute Toxizität praktisch vernachlässigt werden. Angaben hinsichtlich erhöhter Sensibilisierung oder von Spätreaktionen nach Kontrastmittelgabe bei Neugeborenen liegen keine vor. Allgemein ist das Immunsystem noch nicht sehr stark ausgeprägt, sodass die Sensibilisierungsreaktionen in einem pädiatrischen Kollektiv ganz allgemein viel geringer als bei erwachsenen Patienten sind.
Eine kongenitale Hypothyreose wird als Hauptrisiko nach Röntgenkontrastmittel-Exposition und nachfolgender Jodidbelastung angesehen. Die Ausbildung der fetalen Schilddrüse ist in der 10.–12. Schwangerschaftswoche (SSW) abgeschlossen. In diesem Stadium kann das Drüsengewebe Jod konzentrieren und Jodothyronine synthetisieren. Die TSH-Sekretion wird ab diesem Zeitpunkt messbar, nimmt aber erst deutlich mit der 18.–20. SSW zu. Parallel dazu erfolgt eine erhöhte Jodaufnahme und Schilddrüsenhormonsynthese. Erhöhte PlasmaJod-Werte beeinträchtigen die Synthese und Sekretion der Schilddrüsenhormone im Fetus, ein Autoregulationsprozess, der als Wolff-Chaikoff-Effekt bezeichnet wird. Dies führt ggf. zu einer fetalen Schilddrüsenunterfunktion. Erst ab der 36. SSW kann die fetale Schilddrüse diesem zunehmend entgehen (»Escape-Mechanismus«). Das Risiko einer durch jodierte Röntgenkontrastmittel induzierten Hypothyreose scheint deshalb zwischen der 18. und 36. SSW am höchsten zu sein. Aufgrund fehlender Berichte einer Schilddrüsendysfunktion nach einmaliger Exposition muss allerdings davon ausgegangen werden, dass gewisse Schutzfaktoren bestehen. Hinsichtlich einer Bewertung der immunogenen Effekte mit einer möglichen Sensibilisierung des Fetus gibt es keine klaren Belege. Es ist davon auszugehen, dass die mütterlichen Immunglobuline möglicherweise auch mit Kontrastmittelmolekülen reagieren. Zu möglichen Auswirkungen gibt es allerdings keine Daten.
In der . Tab. 27.1 sind die aktuellen Empfehlungen gemäß Fachinformationen der Industrie, den Guidelines der European Society of Urogenital Radiology (ESUR Guidelines on Contrast Media, Version 7.0, Stand 2008) und dem American College of Radiology (ACR Manual on Contrast Media. Version 7, Stand 2010) bzgl. der Verwendung von wasserlöslichen jodhaltigen Röntgenkontrastmitteln in Schwangerschaft und Stillzeit aufgeführt (Webb 2009). Neben diesen Richtlinien gibt es weitere, im 7 Abschn. 27.6 aufgeführte Publikationen zu diesem Thema, deren Empfehlungen jedoch in der Regel vergleichbar sind und auf welche im Rahmenw dieses Artikels deshalb nicht weiter eingegangen werden soll.
Fazit
Zusammenfassung
Das Risiko einer Schädigung des Fetus durch parenteral appliziertes jodhaltiges Röntgenkontrastmittel ist äußerst gering. Die jodidinduzierte Hypothyreose nach Röntgenkontrastmittel-Exposition scheint allenfalls bei zusätzlichen Risiken von praktischer Bedeutung zu sein. Zur Sicherheit sollte die Schilddrüsenfunktion in nützlicher Frist nach der Geburt beim Neugeborenen kontrolliert werden
4 Bei der Verabreichung von jodhaltigen Röntgenkontrastmitteln steht primär die Strahlenbelastung durch die Röntgenuntersuchung im Vordergrund. 4 Diese sollte, wenn möglich, während der Schwangerschaft vermieden werden. 4 In Ausnahmesituationen, wenn die Untersuchung aus maternaler Sicht dringend indiziert ist,
27.5
6
Aktuelle Empfehlungen bzgl. Kontrastmittelgabe
239 27.6 · Weiterführende Literatur
27
. Tab. 27.1 Empfehlungen für die Verwendung wasserlöslicher jodhaltiger Röntgenkontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit Richtlinien
Schwangerschaft
Stillzeit
Fachinformationen der Industrie
4 Es liegen keine Informationen über eine direkte oder indirekte schädigende Wirkung auf Reproduktion, Entwicklung von Embryo oder Fetus, Schwangerschaftsverlauf und peri- oder postnatale Entwicklung vor. Die Unbedenklichkeit während der Schwangerschaft ist bisher nicht in kontrollierten Studien erwiesen 4 Aufgrund der Strahlenbelastung sollte eine Röntgenuntersuchung während der Schwangerschaft nicht erfolgen, es sei denn, sie ist klar notwendig. In solchen Fällen sollte nach Kontrastmittelgabe die Schilddrüsenfunktion des Neugeborenen kontrolliert werden
4 Das Stillen kann normal fortgesetzt werden, wenn der Mutter jodhaltige Kontrastmittel verabreicht wurden 4 Andere Hersteller empfehlen eine 24–48-stündige Unterbrechung des Stillens
ESUR Guidelines on Contrast Media, (Version 7.0, Stand 2008)
4 In Ausnahmesituationen, wenn die Untersuchung essenziell ist, können Röntgenkontrastmittel der schwangeren Frau verabreicht werden 4 In diesen Fällen sollte die Schilddrüsenfunktion beim Neugeborenen innerhalb der ersten Lebenswoche überprüft werden 4 Bei bestehender Niereninsuffizienz der Mutter müssen keine weiteren Vorsichtsmaßnahmen für den Fetus oder Neugeborenen eingehalten werden
Das Stillen kann normal nach der Gabe jodierter Röntgenkontrastmittel fortgesetzt werden
ACR Manual on Contrast Media (Version 7, Stand 2010)
Aufgrund der unzureichenden Datenlage wird empfohlen: A1: Dokumentieren, dass die benötigte diagnostische Information nur mit RKM und der besagten Bildgebungsmethode gewonnen werden kann A2: Sicherstellen, dass die benötigte Information die weitere Patienten- und Fetusbehandlung während der Schwangerschaft beeinflusst A3: Der Zuweiser befindet auch, dass nicht bis nach der Schwangerschaft gewartet werden kann B1: Aufklärung und informierte Einverständniserklärung der Patientin
4 Der Mutter sollte die Möglichkeit gegeben werden, informiert über einen temporären Unterbruch oder die Fortsetzung des Stillens zu entscheiden 4 Aufgrund der geringen Mengen erachten die Experten das Fortsetzen des Stillens als sicher 4 Bei Unsicherheit empfiehlt man, für 24 h die Milch zu verwerfen
können Röntgenkontrastmittel der schwangeren Frau verabreicht werden. 4 Die Aufklärung und dokumentierte Einverständniserklärung der Schwangeren hat dabei eine große Bedeutung. 4 Nach Applikation von Röntgenkontrastmitteln während der Schwangerschaft sollte die Schilddrüsenfunktion beim Neugeborenen innerhalb der ersten Lebenswoche überprüft werden. 4 Bei der stillenden Patientin ist das Risiko durch in die Brustmilch ausgeschiedene Kontrastmittel für das Neugeborene als äußerst gering zu erachten. Der Mutter sollte die Möglichkeit gegeben werden, informiert über eine temporäre Stillpause von 24–48 h oder die Fortsetzung des Stillens zu entscheiden.
27.6
Weiterführende Literatur
ACR Committee on Drugs and Contrast Media (2010) ACR Manual on Contrast Media. Version 7. http://www.acr.org/SecondaryMainMenuCategories/quality_safety/contrast_ manual/FullManual.aspx. Zugegriffen: 21.03.2011 Ahmet A, Lawson ML, Babyn P, Tricco AC (2009) Hypothyroidism in neonates post-iodinated contrast media: a systematic review. Acta Paediatrica 98(10): 1568–1574 Bourrinet P, Dencausse A, Havard P, Violas X, Bonnemain B (1995) Transplacental passage and milk excretion of iobitridol. Invest Radiol 30: 156–158 Callahan MJ, Poznauskis L, Zurakowski D, Taylor GA (2009) Nonionic iodinated intravenous contrast material-related reactions: incidence in large urban children’s hospital-retrospective analysis of data in 12,494 patients. Radiology 250: 674–681
240
Kapitel 27 · Kontrastmittel während der Schwangerschaft und Stillzeit
European Society of Urogenital Radiology (2008) ESUR Guidelines on Contrast Media. http://www.esur.org/Contrast-media.51.0.html. Zugegriffen: 21.03.2011 Huch R (2001) Kapitel 17: Plazenta. In: Siegenthaler W (Hrsg). Klinische Pathophysiologie, 8. Aufl. Thieme, Stuttgart, New York, S 420–429 Kelleher J, Feczko PJ, Radkowski MA, Griscom NT (1979) Neonatal intestinal opacification secondary to transplacental passage of urographic contrast medium. AJR Am J Roentgenol 132: 63–65 Webb JAW (2009) Pregnancy and Lactation. In: Thomsen AS, Webb JAW (Hrsg) Contrast media. Safety Issues and ESUR guidelines, 2. Aufl. Springer, Berlin, S 95–102
27
28
CT bei Kindern Peter Waibel und Sebastian Leschka
28.1
Besonderheiten der CT-Untersuchung bei Kindern
– 242
28.2
Indikationen für die CT-Untersuchung bei Kindern
– 242
28.3
Besonderheiten der Patientenvorbereitung
28.3.1 28.3.2 28.3.3
Aufklärung des Kindes über die Untersuchung – 243 Vorbereitung des Kindes für die Untersuchung – 243 Sedierung – 244
28.4
Maßnahmen zur Reduktion der Strahlenexposition
28.5
CT-Protokolle zur Verwendung bei Kindern
28.6
Weiterführende Literatur
– 247
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_28, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
– 243
– 245
– 245
242
28
Kapitel 28 · CT bei Kindern
Die Anwendung der CT wird bei Kindern deutlich restriktiver gehandhabt als beim Erwachsenen. Während die CT heute rund 20 % der Untersuchungen in einer allgemeinradiologischen Abteilung ausmacht, ist in kinderradiologischen Abteilungen der Anteil von CT-Untersuchungen in der Regel < 3 %. Dieser Unterschied ist einerseits in den Besonderheiten der CT-Untersuchung bei Kindern, insbesondere bezüglich der Strahlenexposition (7 Abschn. 28.1), begründet; andrerseits ist der kindliche Körper sehr viel besser als ein Erwachsener einer Ultraschalluntersuchung zugänglich. So werden heutzutage nahezu alle Fragestellungen des Abdomens bei Kindern mit dem Ultraschall abgeklärt. Darüber hinaus lassen sich ein Großteil der Fragestellungen des Kopfes, des Thorax und des muskuloskelettalen Systems mit dem Ultraschall oder einer konventionell-radiographischen Diagnostik beantworten.
28.1
Besonderheiten der CT-Untersuchung bei Kindern
Für das Kind Für das Kind kann eine CT-Untersuchung eine psychische Belastung sein: Die Untersuchung findet in einer fremden Umgebung in der Anwesenheit fremder Menschen statt. Zudem sind evtl. schmerzhafte Ereignisse mit der Untersuchung verbunden, wie z. B. das Legen einer Venenverweilkanüle für die Kontrastmittelapplikation. Die Vorbereitung für die Untersuchung sollte daher altersgerecht durchgeführt werden. Eine CTUntersuchung bei einem größeren Kind setzt sein Einverständnis voraus, um eine bewegungsfreie Untersuchung durchführen zu können. Für die Eltern Für die Eltern ist die Durchführung
einer CT-Untersuchung bei ihrem Kind ein sehr besorgniserregendes Ereignis, da sie ihr Kind in einem veränderten Zustand in einer fremdartigen Umgebung wie Maschinerie erleben und dem Ergebnis der Untersuchung mit Angst entgegensehen. Bei der Aufklärung des Kindes und der Eltern sollte auch ein gewisses psychologisches Augenmerk auf die Beruhigung der Eltern erfolgen. Die Unruhe der Eltern überträgt sich leicht auf das Kind.
Bezüglich der Strahlenexposition Verglichen mit
Erwachsenen wirkt sich eine Strahlenexposition bei Kindern anders aus. Grundsätzlich haben Kinder eine höhere Strahlensensibilität verglichen mit Erwachsenen, da sie 1. eine höhere Proliferationsrate auf zellulärer und subzellulärer Ebene in der Wachstumsperiode haben und 2. eine andere Körperverteilung strahlensensitiver Organe. So erreicht bspw. eine CT-Untersuchung der unteren Extremitäten beim Erwachsenen nahezu ausschließlich Fettmark, während bei Kindern überwiegend blutbildendes rotes Knochenmark betroffen ist. Zudem besteht eine größere Beeinflussung der Lebenserwartung durch eine Strahlenexposition in der Kindheit. Eine CT-Untersuchung bei Säuglingen würde aufgrund dieser Faktoren zu einem 10fach höheren Karzinomrisiko als beim Erwachsenen führen. Dabei ist das Risiko bei Mädchen noch höher als bei Jungen. Gemäß Brenner (Pediatr Radiol. 2002; 32(4): 228–233) ist das Lebenszeitrisiko für einen strahlungsinduzierten Tumor nach einer Abdomen-CT-Untersuchung 0,18 % für ein 1-jähriges, 0,15 % für ein 5-jähriges und 0,12 % für ein 15-jähriges Kind.
28.2
Indikationen für die CT-Untersuchung bei Kindern
Der kindliche Körper ist in den meisten Fällen hervorragend mit anderen radiologischen Verfahren (wie dem Ultraschall) zu untersuchen. So werden nahezu alle abdominalen Fragestellungen mit dem Ultraschall (oder der MRT) und nicht mit der CT abgeklärt. In der . Tab. 28.1 sind typische Indikationen für die CT-Untersuchung bei Kindern zusammengefasst. In großen Zentren werden CT-Untersuchungen bei Kindern zu etwa 70 % für Kopf-Hals-Indikationen, etwa 20 % für den Thorax und je etwa 5 % für Fragestellungen des Abdomens oder des muskuloskelettalen Systems durchgeführt.
243 28.3 · Besonderheiten der Patientenvorbereitung
. Tab. 28.1 Typische Indikationen für die CT-Untersuchung bei Kindern Körperregion
Indikationen
Kopf/Hals
4 4 4 4
Thorax
4 Angeborene Fehlbildungen der Lunge und großen Gefäße 4 Metastasierung in die Lunge (Staging) 4 Malignome der Lunge 4 Schweres Thoraxtrauma 4 Pädiatrisch-kardiologische Diagnostik (z. B. bei kongenitalen Herzvitien)
Schädel-Hirn-Trauma Unklare Vigilanzstörung Komplizierte Sinusitis/Mastoiditis Tumorstaging
Abdomen
4 Schweres Abdominaltrauma
Muskuloskelettales System
4 Komplizierte Frakturen
28.3
Besonderheiten der Patientenvorbereitung
Eine sorgfältige Patientenvorbereitung ist ebenso wichtig wie die Optimierung des CT-Protokolls, um bei Kindern eine optimale CT-Untersuchung durchführen zu können. Die Patientenvorbereitung umfasst die Aufklärung des Patienten und der Eltern, die Gewöhnung an die Umgebung und die Untersuchungstechnik sowie, falls notwendig, die Sedierung des Kindes.
28.3.1
Aufklärung des Kindes über die Untersuchung
Die Aufklärung über die Untersuchung sollte dem Kind altersgerecht den Ablauf und den Sinn der Untersuchung näher bringen. Hierzu ist es sinnvoll, den Untersuchungsablauf vorab am CT-Gerät zu üben und das Kind an die Umgebung zu gewöhnen. Oft ist es hilfreich, wenn die Untersuchung vorab mit dem Lieblingsstofftier des Kindes durchgespielt wird. Die normalerweise sehr technische CTUmgebung sollte nach Möglichkeit durch bemalte
28
Vorhänge, Wandbemalungen oder um das CT-Gerät drapierte Stoffpuppen kindgerecht verkleidet werden. In der Regel ist es hilfreich, wenn eines oder beide Elternteile bei der Aufklärung, der Vorbereitung und der eigentlichen Untersuchung anwesend sind. Die Eltern haben einen besseren Zugang zu ihrem Kind und können die Untersuchung und die Abläufe – nach entsprechender vorheriger Information durch den Radiologen – ihrem Kind individuell besser vermitteln und die Kooperationsbereitschaft erhöhen.
28.3.2
Vorbereitung des Kindes für die Untersuchung
Für die intravenöse Kontrastmittelapplikation ist das Legen einer peripheren Venenverweilkanüle notwendig. Um die Kooperationsbereitschaft des Kindes zu erhalten, sollte die Kanüle nach Möglichkeit bereits einige Stunden vor der Untersuchung gelegt werden, um das Schmerzereignis nicht direkt mit der CT-Untersuchung in Zusammenhang zu bringen. Üblicherweise wird die Venenverweilkanüle in eine große antekubitale Vene nach Auftragen eines lokalanästhetischen Gels (z. B. LidocainHydrochlorid-Gel) gelegt. Zu beachten ist, dass die für Kinder gebräuchlichen Venenverweilkanülen mit einem Durchmesser von 24 G nur für eine Injektionsrate bis 1,5 ml/s und diejenigen mit 22 G für 2,5 ml/s zugelassen sind. Aufgrund der engen anatomischen Verhältnisse bei Kindern und dem geringen Anteil an intraabdominalem Fettgewebe ist die Interpretation einer Abdomen-CT bei Kindern schwieriger als bei Erwachsenen. Bei der Abdomen-CT ist es daher sinnvoll, vor der Untersuchung orales Kontrastmittel trinken zu lassen. Bei Kindern wird aufgrund der Aspirationsgefahr i. Allg. nichtionisches Kontrastmittel anstatt von Bariumlösung verwendet. Der verwendete Verdünnungsfaktor ist bei Kindern größer als bei Erwachsenen (üblicherweise 1 %ige Kontrastmittellösung). Das orale Kontrastmittel wird in mehreren Einzelportionen über einen Zeitraum von 1,5–2,5 h dargereicht – je nachdem, ob nur der Dünndarm oder auch das Kolon kontrastiert werden muss.
28
244
Kapitel 28 · CT bei Kindern
28.3.3
Sedierung
Eine Sedierung des Kindes erfolgt grundsätzlich durch Medikamente mit großer therapeutischer Breite (z. B. Midazolam, Chlorahydrat). Eine vollständige Bewegungslosigkeit kann durch diese Sedierungsverfahren nicht gewährleistet werden; sie sind jedoch in etwa 95 % der Fälle erfolgreich. Die Versagerquote von etwa 5 % ist dem Sicherheitsaspekt geschuldet: Die Intention, pharmakologisch eine vollständige Bewegungslosigkeit für die CTUntersuchung zu erreichen, würde eine zu hohe Rate an Komplikationen durch eine unvorhersehbare Sedierungstiefe (Übergang in Allgemeinnarkose) verursachen. Wir bevorzugen zur Sedierung die rektale Applikation von Midazolam über einen Rektalapplikator. Es wird dabei die intiale sedierende Wirkung des Midazolam ausgenutzt, welche bereits 3–4 min nach rektaler Applikation eintritt, jedoch nur von kurzer Dauer ist (etwa 5–10 min). Des Weiteren wirkt Midazolam angstlösend und amnestisch. Die Dosierung richtet sich je nach Körpergewicht des Kindes (. Tab. 28.2); die Maximaldosis ist 10 mg Midazolam rektal. Ein alternativer Applikationsweg ist die intranasale Applikation von Midazolam über einen speziellen Nasenapplikator.
. Tab. 28.2 Dosierungsschema zur rektalen Applikation von Midazolam bei der Sedierung von Kindern für eine CT-Untersuchung Körpergewicht (kg)
Dosis (mg)
12 Jahre
120
250
28
247 28.6 · Weiterführende Literatur
. Tab. 28.5 Protokolle für Thorax-CT-Untersuchungen bei Kindern
. Tab. 28.6 Protokolle für Abdomen-CT-Untersuchungen bei Kindern
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen
Patientenpositionierung
4 Rückenlage mit elevierten Armen
Untersuchungsbereich
4 Obere Thoraxapertur bis unterhalb Zwerchfell 4 Scanlänge etwa 120–210 mm in Abhängigkeit vom Patientenalter
Untersuchungsbereich
4 Oberhalb Zwerchfell bis zur Symphyse 4 Scanlänge etwa 220–400 mm in Abhängigkeit vom Patientenalter
Kontrastmittel
4 Volumen: 1,5 ml/kg Körpergewicht 4 Injektionsrate: 2,0 ml/s 4 CT-Akquisition startet 30 s p.i.
Kontrastmittel
4 Volumen: 2,0 ml/kg Körpergewicht 4 Injektionsrate: 2,0 ml/s 4 CT-Akquisition startet 60 s p.i.
Körpergewicht (kg)
Röhrenspannung (kV)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
Körpergewicht (kg)
Röhrenspannung (kV)
RöhrenstromZeit-Produkt (mAs)
< 10
80
40
< 10
80
50
10–19
80
60
10–19
100
80
20–29
100
60
20–29
100
100
30–39
100
80
30–39
100
120
40–54
100
100
40–54
100
150
120
120
120
150
55–70
100
120
55–70
> 70
100
150
> 70
28.6
Weiterführende Literatur
Frush DP, Donnelly LF, Rosen NS (2003) Computed tomography and radiation risks: what pediatric health care providers should know. Pediatrics 112(4): 951–957 Hojreh A, Kainberger F, Puig S (2003) [Low dose multislice CT in the pediatric patient]. Radiologe 43(12): 1051–1055 Linton OW, Mettler FA Jr (2003) National Council on Radiation Protection and Measurements. National conference on dose reduction in CT, with an emphasis on pediatric patients. AJR Am J Roentgenol 181(2): 321–329 Nievelstein RA, van Dam IM, van der Molen AJ (2010) Multidetector CT in children: current concepts and dose reduction strategies. Pediatr Radiol 40(8): 1324–1344 Salamipour H, Jimenez RM, Brec SL, Chapman VM, Kalra MK, Jaramillo D (2005) Multidetector row CT in pediatric musculoskeletal imaging. Pediatr Radiol 35(6): 555–564
29
Checklisten zur systematischen Bildanalyse
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_29, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
250
Kapitel 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.1 Schädel (7 Kap. 8) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/ Kommentar
Weichteilfenster 4 Asymmetrien 4 Gyri 4 Sulci 4 Marklager 4 Ventrikelsystem (Größe, Form, Verhältnis zu äußeren Liquorräumen, Niveaubildung im Hinterhorn?) 4 Kleinhirn und Großhirn separat evaluieren 4 Parenchymatrophie? 4 Hirnnerven, Neuroforamina 4 Intrakranielle Gefäße 4 Hypodensitäten? (Umschrieben, Asymmetrisch, Seitengleich) 4 Hyperdensitäten? (Umschrieben, Asymmetrisch, Seitengleich, Blut, Verkalkung,) 4 Extrakranielle Weichteile (z. B. Galeahämatom?) 4 Fremdkörper 4 Zustand nach Operation?
29
Knochenfenster 4 Asymmetrien 4 Verkalkungen? (z. B. Falx, Epiphyse, Meningeome) 4 Frische/ältere Frakturen? 4 Osteoblastische Läsionen? 4 Osteolysen? 4 Nasennebenhöhlen (soweit abgebildet) 4 Stenosen der Neuroforamina? Beurteilung
Diagnose/neue Diagnosen Progredienz/Regredienz
251 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.2 Kopf-Hals (7 Kap. 9) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Weichteilfenster 4 Felsenbein – Asymmetrie im Vergleich zur Gegenseite? – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Hintere Schädelgrube 4 NNH – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – KM-Aufnahme der Schleimhaut? 4 Gesichtsschädel – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Mit abgebildete intrakranielle Strukturen 4 Hals – Raumforderung? – Gefäße und Gefäßkanäle – Abszess? – Lymphknoten? – Oberes Mediastinum Knochenfenster 4 Felsenbein – Asymmetrie im Vergleich zur Gegenseite? – Äußerer und innerer Gehörgang, Gehörknöchelchen, Bogengänge – Belüftungsverhältnisse (z. B. Mastoid) – Arrosionen bzw. Osteolysen? – Raumforderung? – Dehiszenz Karotiskanal? – Zustand nach Operation? – Fremdkörper? 4 NNH – Belüftungsverhältnisse – Anomalien? (z. B. Nasenseptumdeviation, Concha nasalis, Haller-Zellen, Onodi-Zellen) – Osteomeataler-Komplex – Arrosionen bzw. Osteolysen? – Niveaubildungen? – Raumforderung? – Dehiszenzen, Frakturen? – Zustand nach Operation? – Fremdkörper? – Beurteilung hinsichtlich bevorstehender Eingriffe (z. B. Verlauf der Karotis durch die Schädelbasis) 4 Gesichtsschädel – Siehe NNH, Ober- und Unterkiefer – Zahnstatus 4 Hals – Degenerative Veränderungen der HWS? – Frische/ältere Frakturen der HWS? – Osteolysen? – Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina? – Beurteilung der Larynx-Knorpel Beurteilung
Diagnose/neue Diagnosen Progredienz/Regredienz
29
252
Kapitel 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.3 Thorax (7 Kap. 10, 7 Kap. 14) Checkliste
29
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Weichteile 4 Mammae (Tumor? Lk? Verkalkungen?) 4 Axillae (Lk?) 4 Mediastinum: – Lungenarterien (Lungenembolie?) – Füllungsdefekte? (komplett und partiell, Lokalisation) – Weite der zentralen Lungenarterien – Größenverhältnis des rechten zum linken Ventrikel 4 Herz (Herzgröße? Koronarsklerose? Bypässe?) 4 Typische LK-Prädilektionsstellen: – Ventral des Aortenbogens – Aortopulmonales Fenster – Hilus – Paratracheal – Subkarinär – Kardiophrener Winkel – Supra-/infraklavikulär 4 Pleura: – Pleuraerguss? – Pleuraschwielen? Pleuraverkalkungen? – Mit abgebildeter Oberbauch Lungenfenster 4 Lungenparenchym – Bullae? Emphysemtyp? – Narbige Veränderungen? Fibrose? – Bronchiektasen? Bronchialwandverdickung? – Lungenrundherde? – Infiltrate? 4 Pleura: – Pneumothorax? Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen? 4 Frische/ältere Frakturen der BWS/Rippen/Sternum? 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen? 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina? Beurteilung
Diagnose/neue Diagnosen Progredienz/Regredienz
253 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.4 Leber, Milz, Pankreas, Nebennieren, Gastrointestinaltrakt, Nieren (7 Kap. 11, 7 Kap. 12) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Nieren 4 Seitensymmetrische und zeitgerechte nephrographische Phase? 4 Nierenläsionen? 4 Nierengefäße? Harnwege/Harnblase 4 Seitensymmetrische und zeitgerechte urographische Phase? 4 Konkremente? 4 Aufstauung der Harnwege? 4 Harnblasenwand 4 Prostata? Leber 4 Homogenes Parenchym? Fokale Läsionen? 4 Glatt berandete Organoberfläche? Gallenblase 4 Konkremente? 4 Glatte dünne Wand? 4 Intra-/extrahepatische Gallenwege normal weit? Milz 4 Homogenes Parenchym? Fokale Läsionen? 4 Größe normal? Pankreas 4 Normale Größe? 4 Fokale Läsionen? Nebennieren 4 Größe normal? Magen-Darm-Trakt 4 Normal dünne Darmwand? 4 Stenosen oder Dilatationen? Retroperitoneum 4 Abdominelle Gefäße normal? 4 Lymphknotenvergrößerungen? Lungenfenster (untere Thoraxabschnitte) 4 Lungenparenchym – Bullae? Emphysemtyp? – Narbige Veränderungen? Fibrose? – Bronchiektasen? Bronchialwandverdickung? – Lungenrundherde? – Infiltrate? 4 Pleura – Pneumothorax? – Erguss? Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen? 4 Frische/ältere Frakturen der LWS/Beckenskelett? 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen? 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina? Beurteilung
Diagnose/neue Diagnosen Progredienz/Regredienz
29
254
Kapitel 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.5 CT-Angiographie (7 Kap. 13) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Arterielles System 4 Stenosen mit Graduierung 4 Aneurysma? (Größe, Ausdehnung, Thrombosierung etc.) 4 Anomalien? 4 Dissektion? (Ausdehnung, Typ) 4 Wandbeschaffenheit (Entzündung, intramurales Hämatom etc.) 4 Kontrastmittelextravasat? Weichteile 4 Subkutanes Fettgewebe, Mammae 4 Muskulatur 4 Abdominale Organe (z. B. Leber, Milz, Nieren) 4 Mediastinale Organe (z. B. Herz) 4 Zervikale Organe (z. B. Schilddrüse) 4 Lymphknoten
29
Lungenfenster 4 Lungenparenchym 4 Pleura Knochenfenster 4 Degenerative Veränderungen 4 Frische/ältere Frakturen der WS/Rippen 4 Osteoblastische oder osteoklastische Läsionen 4 Stenose des Spinalkanals oder der Neuroforamina Beurteilung
Diagnose/neue Diagnose Progredienz/Regredienz
255 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.6 Herz (7 Kap. 15) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Koronararterien 4 Verkalkungen: Verteilung? Kalziumscore? 4 Koronaranatomie? (Normal? Anomalie?) 4 Koronarversorgungstyp? 4 Koronarstenosen? (Wo?) Kardiale Strukturen 4 Klappen (Verkalkungen? Stenose? Insuffizienz?) 4 Größe der Herzhöhlen normal? 4 Konkordante Verbindungen? 4 Vorhofseptum (PFO? ASD?) 4 Ventrikelseptum (VSD? Muskulär, septal?) 4 Thromben in den Herzhöhlen? (Vorhofohr?) 4 Pulmonalvenenanatomie normal? Mediastinum 4 Lymphknoten? 4 Lungenembolie? Pleura 4 Pleuraerguss? Lunge 4 Pulmonale Rundherde? 4 Infiltrate? Mit abgebildeter Oberbauch Beurteilung
Diagnose/neue Diagnosen Progredienz/Regredienz
29
256
Kapitel 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.7 Bildanalyse muskuloskelettaler CT-Untersuchungen (7 Kap. 16) Checkliste
29
Ja
Nein
Zusatzbefund/Kommentar
Knochen 4 Frakturen – Stufenbildung der Kortikalis? – Dislokation? – Intraartikulärer Frakturverlauf? – Intraartikuläre Frakturfragmente? – Kongruenz der Gelenkflächen? – Nachbarschaft zu Gefäßen? 4 Arthrographie – Knorpeldefekte? – Labrum intakt? – Gelenkkapsel/Rotatorenmanschette intakt? – Osteophyten? 4 CT-Myelographie – KM fließt frei im Duralsack aus? – Spinalkanalstenose? – Neuroforamina eingeengt (ossär, ligamentär, diskogen)? 4 Osteosynthese/Prothesen – Material intakt? – Lockerung? – Fraktur/Osteotomie konsolidiert? – Fehlstellung? 4 Knochentumoren – Osteolyseart (nach Lodwick)? – Sklerosierung? – Tumormatrix (chondrogen, osteogen)? – Kortikalis intakt/ausgedünnt/unterbrochen? – Periostreaktion? – Weichteilkomponente? Weichteile 4 Gefäße – Atherosklerose, Aneurismata? 4 Muskulatur – Volumen bzw. Atrophie? Verfettung? 4 Raumforderung – Weichteiltumor? – Hämatom/Flüssigkeitskollektion? – Fremdkörper? – Heterotope Ossifikationen/Verkalkungen? Beurteilung
Diagnose Bei vorhandenen Voruntersuchungen Verlauf Wichtige Zusatzbefunde, Messungen
257 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.8 Polytrauma (7 Kap. 17) Checkliste Schädel 4 Knochen – Frakturen? – Falls ja, welcher Knochen? – Speziell: Felsenbein – Orbita – Ethmoid/Sphenoid 4 Gehirn – Blutung? – Falls ja, intraparenchymal? – Epidural? Subdural? Subarachnoidal? – Hirndruckzeichen? Ödem? – Einklemmungszeichen? 4 Weichteile – Hämatom? Lazeration? Mittelgesicht 4 Knochen – Frakturen? Falls ja, Klassifikation möglich (LeFort, Tripod usw.)? 4 Nasennebenhöhlen – Hämatosinus? 4 Artikulationen – Speziell: Kiefergelenke 4 Weichteile – Blutung? Lazeration? Luft? HWS 4 Knochen – Frakturen? – Speziell: Hangman, Tear drop, Anderson, Jefferson? – Alignement erhalten? – Hinweise für Instabilität? – Artikulationen – Facettengelenke – Speziell: atlantookzipital, atlantodental 4 Weichteile – Hämatom? – Wenn ja, intraspinal- epidural? – Intraspinal - subarachnoidal? – Prä/perivertebral? 6
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
29
258
Kapitel 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.8 (Fortsetzung) Checkliste
29
Thorax inkl. BWS und Rippenthorax 4 Knochen – BWS – Frakturen? – Alignement erhalten? – Rippen – Frakturen? – Falls ja, knöcherner/nichtknöcherner Anteil? – Wenn ja, instabiler Thorax? – Klavikula, Skapula, prox. Humerus – Sternum – Falls ja, Manubrium? Korpus? 4 Artikulationen – Facettengelenke – Kostovertebrale/kostotransversale Gelenke – Schultergelenk – AC-Gelenk – Sternoklavikulargelenk 4 Lunge/Weichteile – Hämatom? – Hämatothorax? Pleuraerguss? – Pneumothorax? – Lungenlazeration/Kontusion? – Atelektase? 4 Zwerchfell: Intakt? 4 Mediastinum – Aorta – Ruptur? Dissektion? – Periaortales Gewebe – Blutung? Luft? – Perikard – Blutung? Luft? – Herz – Kontusion? Ventrikelruptur? 6
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
259 29 · Checklisten zur systematischen Bildanalyse
. Tab. 29.8 (Fortsetzung) Checkliste
Ja
Nein
Zusatzbefunde/Kommentar
Abdomen/Becken inkl. LWS und Beckenskelett 4 Knochen – Frakturen? – LWS/Sakrum, Becken/prox. Femur – Artikulationen? – Facettengelenke – Speziell: ISG/Symphyse 4 Leber (inkl. Gallenwege) – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Milz – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Nieren – Lazeration? Hämatom? Kontusion? – Falls ja, Nierenbeckenkelchsystem-Verletzung? 4 Pankreas – Lazeration? Hämatom? Kontusion? 4 Gefäße – Dissektion? Ruptur? Aktive Blutung? 4 Hohlorgane – Perforation? 4 Blase – Ruptur? – Falls ja, intra- oder extraperitoneal? 4 Peritoneum – Flüssigkeit? Blut? Luft? – Hinweise für Mesoeinriss? 4 Weichteile – Blut? Luft? Beurteilung
Diagnose/n, aufgeteilt in traumatische Befunde und nichttraumatische Nebenbefunde
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Glossar technischer Begriffe
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0_30, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
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Kapitel 30 · Glossar technischer Begriffe
Artefakt Fehler in CT-Abbildungen, der aufgrund
von technischen Fehlern, der Art der Datenrekonstruktion oder durch Bewegung des Patienten während der Untersuchung entsteht (7 Kap. 4).
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COM, sodass Interoperabilität zwischen Systemen verschiedener Hersteller besteht. DICOM ist auch die Grundlage für die digitale Bildarchivierung im 7 Picture Archiving and Communication System (PACS) (7 Kap. 7).
Absorptionskoeffizient Röntgen-Absorptionskoeffizienten werden in der Computertomographie in einer Matrix von Volumenelementen, den sog. 7 Voxeln, innerhalb einer durchstrahlten Schicht des Patienten bestimmt. Der mittlere Röntgen-Absorptionskoeffizient μ innerhalb eines 7 Voxels wird in einen Grauwert übersetzt (7 Kap. 1).
simetrie; misst die kumulative Dosis, der ein Patient ausgesetzt wird unter Berücksichtigung der mittleren Dosis (7 Computed Tomography Dose Index, CTDIvol) im Scanvolumen und der Scanlänge. Die Einheit ist mGy × cm (7 Kap. 22).
Bremsstrahlung 7 Röntgenstrahlung
Drehanodenstrahler Ein konventioneller Röntgen-
Charakteristische Röntgenstrahlung 7 Röntgenstrahlung
strahler besteht aus einer in einem Vakuumgefäß angeordneten Kathode, der einer rotierenden Anode gegenübersteht (7 Kap. 2).
Computed Tomography Dose Index (CTDI) Messgröße in der Dosimetrie, welche die Grundlage für die Berechnung der Strahlenexposition während einer Computertomographie ist. Der CTDI wird mithilfe von Wasserphantomen gemessen und gibt die mittlere Ortsdosis im Untersuchungsvolumen wieder (CTDIvol). Die Einheit ist 7 Gray. Durch Multiplikation des CTDIvol über die Länge des Untersuchungsbereichs errechnet sich das 7 Dosis-Längen-Produkt (7 Kap. 22). Detektor Ein Detektor in der Computertomographie besteht aus mehreren Komponenten: Der Szintillator besteht üblicherweise aus YttriumGadolinium-Oxid oder Gadolinium-Oxisulfid und wandelt die Röntgenstrahlung in Lichtsignale um. Direkt darunter liegen Photodioden, die das emittierte Fluoreszenzlicht auffangen und zu elektrischen Impulsen verarbeiten. Über zahlreiche elektrische Kanäle werden diese Signale dann abgeleitet und schließlich zum Bild verarbeitet (7 Kap. 1).
Dosis-Längen-Produkt (DLP) Messgröße in der Do-
Drehgehäusestrahler Das gesamte Röhrengehäuse dreht einschließlich der Kathode; die Anode bildet eine Außenwand des Gehäuses. Vorteile ergeben sich für die Kühlung (7 Kap. 2). Dual-Energy-CT Applikation der Computertomo-
graphie, bei der durch die Messung der Absorption von Materialien bei unterschiedlichen Energiespektren eine spezifischere Gewebecharakterisierung oder eine Verbesserung des Jodkontrasts erreicht werden kann. Ebenso ist die Generierung virtuell nativer Bilddaten aus kontrastmittelverstärkten CTUntersuchungen möglich (7 Kap. 18). Dual-Source CT Bei der Dual-Source-CT befinden
sich – im Gegensatz zur herkömmlichen CT – 2 7 Röntgenröhren und 2 gegenüberliegende 7 Detektoren in einem ~ 90°-Winkel in der 7 Gantry. Damit
kann die Scangeschwindigkeit verdoppelt oder durch Verwendung 2 verschiedener Röhrenspannungen an den individuellen Röntgenröhren können 7 Dual-Energy-Daten generiert werden (7 Rapid-kV-Switching, 7 Sandwichdetektor).
Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) DICOM ist ein offener Standard zum Aus-
Effektivdosis Maß für die Strahlenexposition des
tausch von Bilddaten in der Medizin, wobei sowohl die Bilddaten als auch das Kommunikationsprotokoll standardisiert sind. Alle Modalitäten (Computertomographie, Magnetresonanztomographie, Ultraschall usw.) aller Hersteller implementieren DI-
Patienten, welche die Art der Strahlung und die Strahlensensitivität der verschiedenen Organsysteme berücksichtigt, indem spezifische Gewebewichtungsfaktoren in die Berechnung mit eingehen (7 Kap. 21). Die Einheit ist das 7 Sievert.
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Effektive Schichtdicke Die Halbwertsbreite eines durch 7 Spiralinterpolation aus der kollimierten
Schicht entstehenden glockenförmigen Schichtempfindlichkeitsprofils. Energiedosis Physikalische Größe, welche die an
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den 7 Voxels innerhalb des Körperquerschnitts zurückgerechnet wird. Durch Anwendung eines Filters (Faltungskern) während der Rückprojektion wird die Bildqualität durch eine Kantenanhebung oder -schwächung moduliert (7 Kap. 3, 7 Kap. 24). Die gefilterte Rückprojektion ist stets ein Kompromiss zwischen Ortsauflösung und Bildrauschen.
ein Material abgegebene Energie einer Strahlung angibt (7 Kap. 21). Die Einheit ist das 7 Gray.
(7 iterative Rekonstruktion)
Fensterung Die Absorption eines Materials wird in
Gray (Gy) Maßeinheit der 7 Energiedosis; beschreibt
der CT in Grauwerten dargestellt. Da das menschliche Auge nur eine begrenzte Anzahl von Graustufen unterscheiden kann, wird der Bereich der Grauwertdarstellung je nach untersuchtem Organsystem begrenzt (z. B. Lungenfenster, Weichteilfenster). Angegeben werden diese Fenster durch eine Fensterweite und ein Fensterzentrum (7 Kap. 3).
die pro Masse absorbierte Energie ionisierender Strahlung (Gy = Joule pro Kilogramm) (7 Kap. 22). Benannt nach Louis Harold Gray (1905–1965). Hounsfield-Einheit (HE) Maßeinheit für die Absorp-
tion eines Materials im CT (engl. Hounsfield Unit = HU; 7 Kap. 3, 7 Kap. 22). Benannt nach Sir Godfrey Newbold Hounsfield (1919–2004).
Field-of-View (FOV) Das Field-of-View (Sichtfeld)
bezeichnet den dargestellten Anteil eines Schichtbilds in der CT. Man unterscheidet: 1. Scan-Field-of-View (SFOV): Die gesamte Ausdehnung der gescannten Schicht. 2. Reconstruction-Field-of-View (RFOV): Der Anteil des SFOV, welche in den rekonstruierten CT-Bildern dargestellt wird.
Hounsfield-Skala Die Absorption eines Materials in der CT wird in 7 Hounsfield-Einheiten angege-
ben und in eine Skala eingeordnet. Definiert ist diese Hounsfield-Skala durch den Absorptionswert von -1000 HE für Luft und 0 HE für Wasser (7 Kap. 22). Inkrement 7 Rekonstruktionsinkrement
Gauge (G) Außendurchmesser von Kanülen. Die
Bezeichnung Gauge ist von der amerikanischen Einheit für Drähte (»american wire gauge«) abgeleitet: Hierbei entspricht die Zahl des Gaugewerts der Anzahl der Durchläufe eines Drahtes durch die Drahtziehmaschine; d. h., je größer der GaugeWert ist (Arbeitsgänge), desto dünner wird der Draht. Übliche Kanülengrößen in der Computertomographie sind 18 G (grün; 1,3 mm) und 20 G (rosa; 1,1 mm).
Iterative Rekonstruktion Verfahren zur Bildrekon-
Gantry Kurzer Ringtunnel in der CT, in welchem das System aus 7 Röntgenröhre und 7 Detektor um den Patienten rotiert.
Kollimation Der Begriff Kollimation kommt vom
Gefilterte Rückprojektion Die gefilterte Rückpro-
jektion (Filtered Back Projection, FBP) ist ein klassisches Verfahren zur Bildrekonstruktion, bei dem die gemessenen Schwächungswerte des Körperquerschnitts an den Detektoren aus den verschiedenen Projektionen auf den Schwächungswert je-
struktion, bei dem zusätzlich eine Korrekturschleife in den Bilderzeugungsprozess eingeführt wird und synthetische Projektionsdaten iterativ (lat. iterare = wiederholen) mit den eigentlichen Messdaten verglichen werden (7 Kap. 3, 7 Kap. 23). Dadurch erfolgt eine Entkopplung von Ortsauflösung und Bildrauschen. (7 gefilterte Rückprojektion)
lat. Wort limare = vermindern. In der Computertomographie hat der Begriff 2 unterschiedliche Bedeutungen: 1. Schichtkollimation: Die Schichtkollimation entspricht der Breite des eingeblendeten Strahlenfächers, die durch die röhrenseitige Einblendung bestimmt und durch die Anzahl der aktiven Detektorelemente dividiert wird (z. B. 4 × 1,0 mm bei der 4-Zeilen-CT).
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Kapitel 30 · Glossar technischer Begriffe
2. Primäre/sekundäre Kollimation: Ausblendung oder Fokussierung von Strahlung und Abschirmung von Streustrahlung durch Kollimatoren (7 Kap. 3). Lilienfeldstrahlung 7 Röntgenstrahlung
eine zusätzliche Halbrotation mit Strahlung notwendig, welche nicht zur Bildrekonstruktion verwendet wird. Der Einfluss des Overscannings steigt mit zunehmender Gesamtkollimation an. Die damit verbundene (prozentuale) Änderung der Patientenexposition ist abhängig von der gesamten Scanlänge, der Gesamtkollimation und dem Pitch.
Maximum-Intensitäts-Projektion (MIP) Bei der MIP
werden die 3-dimensionalen CT-Bilddatensätze in Bilder einer 2-dimensionalen Ebene umgerechnet, indem entlang der Blickrichtung jeweils der 7 Voxel mit der höchsten Intensität (CT-Absorption) abgebildet wird (7 Kap. 5).
PACS 7 Picture Archiving and Communication System
Minimum-Intensitäts-Projektion (MinIP) Bei der
Picture Archiving and Communication System (PACS) Digitales Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem in der Radiologie (7 Kap. 7)
MinIP werden die 3-dimensionalen CT-Bilddatensätze in Bilder einer 2-dimensionalen Ebene umgerechnet, indem entlang der Blickrichtung jeweils der 7 Voxel mit der geringsten Intensität (CT-Absorption) abgebildet wird (7 Kap. 5).
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Patientenmanagementsystem (PMS) Elektronische
Patientenakte (7 Kap. 7)
Pitch Maß für die Datenakquisition im Verhältnis
zum Tischvorschub. Hierzu gibt es 2 unterschiedliche Pitchdefinitionen: 1. Tischvorschub pro Umdrehung bezogen auf die Gesamtbreite des Detektors, 2. Tischvorschub pro Umdrehung bezogen auf die kollimierte Breite einer Einzelschicht.
Multiplanare Reformation (MPR) Bei der MPR wird durch den 3-dimensionalen CT-Bilddatensatz eine beliebige Ebene (axial, koronar, sagittal, schräg, gekrümmt) gelegt und alle 7 Voxel in dieser Ebene entsprechend ihrer CT-Absorption dargestellt (7 Kap. 5).
Pixel Zweidimensionales Bildelement
Overbeaming Bei der Mehrzeilen-CT ist aus geo-
PMS Patientenmanagementsystem
metrischen Gründen und der Notwendigkeit, alle Detektoren homogen mit dem Strahlenfächer zu bestrahlen, eine Erweiterung der röhrenseitigen 7 Kollimation notwendig. Dies geschieht, damit auch die randnahen Detektoren die gleiche Dosis erhalten und zu den inneren Detektoren vergleichbare Signale liefern können. Daraus resultiert insbesondere bei enger Gesamtkollimation eine erhöhte Strahlenexposition, die selbst nicht bildwirksam wird, sondern lediglich zu einer erhöhten Patientenexposition führt. Dieser Effekt trat erstmals bei der 4-Zeilen-CT in Erscheinung.
Radiologieinformationssystem (RIS) System zur Dokumentation und Verwaltung medizinischer (z. B. radiologischer Befunde) und administrativer Daten (z. B. Patienteninformationen) sowie zur Prozesssteuerung (z. B. Terminvergabe) in der Radiologie (7 Kap. 7). Rapid-kVp-Switching Modus zur Generierung von 7 Dual-Energy-Daten. Bei diesem Modus wird die Röh-
renspannung schnell gewechselt, um 2 unterschiedliche Energiespektren zu generieren (7 Kap. 18). (7 Dual-Source CT, 7 Sandwichdetektor)
Overscanning (auch Overranging) Der Effekt des
Overscanning auf die Strahlenexposition ist in Bezug auf die Gesamtkollimation gegenläufig zum 7 Overbeaming. Da die Bildrekonstruktion bei der CT mind. eine Halbrotation erfordert, ist am Anfang und am Ende einer Spiral-CT-Untersuchung
Rekonstruktionsinkrement Maß für die Überlappung benachbarter Schichten in einer Rekonstruktion der Bilddaten. Das Rekonstruktionsinkrement bezeichnet dabei den Abstand zwischen den Tischpositionen von 2 benachbarten Schichtrekonstruk-
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tionen; z. B. bedeutet bei einer 7 Schichtdicke von 2 mm ein Rekonstruktionsinkrement von 1,5 mm, dass sich die benachbarten Schichten um 2,0 – 1,5 mm = 0,5 mm = 25 % überlappen.
Zudem ist bei modernen Computertomographen die Drehanode nicht in Vakuum, sondern in Öl gelagert, um einen ausreichenden Wärmeausgleich zu gewährleisten.
RIS Radiologieinformationssystem
Röntgenstrahlung Von einer 7 Röntgenröhre wer-
Röhrenspannung Potenzialdifferenz
zwischen Heizkathode und Anode in der Röntgenröhre. Die Röhrenspannung bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen auf die Anode auftreffen und bestimmt die Höchstenergie des Röntgenspektrums. Die Röhrenspannung wird angegeben in Kilovolt (kV).
Röhrenstrom Elektrischer Strom, welcher durch die
Heizkathode fließt und so die Emission von Elektronen aus der Kathode bewirkt. Je höher der Strom, desto mehr Elektronen werden aus der Kathode emittiert. Der Röhrenstrom wird angegeben in Milliampere (mA). Röhrenstrommodulation Algorithmen zur Reduktion der Strahlenexposition. Hierbei fließt der Röhrenstrom nicht konstant über die Untersuchungszeit, sondern wird in Abhängigkeit vom EKG-Signal (EKG-basierte Röhrenstrommodulation, 7 Kap. 15) oder von der Patientenmorphologie (anatomiebasierte Röhrenstrommodulation, 7 Kap. 23) verändert.
den typischerweise 3 verschiedene Strahlungsarten emittiert: 1. Bremsstrahlung: Entsteht durch das Abbremsen der Elektronen beim Auftreffen auf die Anode. Das Spektrum hängt von der Röhrenspannung und nicht direkt vom Anodenmaterial ab: Je höher die Röhrenspannung ist, desto härtere Röntgenstrahlung (energiereichere Quanten) entsteht. 2. Charakteristische Röntgenstrahlung: Entsteht, wenn die auf die Anode treffenden Elektronen auf inneren Schalen liegende Elektronen des Anodenmaterials herausschlagen. Beim Auffüllen dieser Elektronenlücken durch Elektronen aus den äußeren Schalen oder von freien Bindungselektronen entsteht eine für das Anodenmaterial charakteristische Strahlung. Diese Strahlungsart wurde durch Charles Glover Barkla (1877–1944) entdeckt, der dafür 1917 den Nobelpreis für Physik erhielt. 3. Lilienfeldstrahlung: Nach Julius Edgar Lilienfeld (1881–1963) benannte optisch sichtbare graue Strahlung an der Anode der Röntgenröhre.
Röhrenstrom-Zeit-Produkt Maß für die Menge der abgegebenen Strahlung; errechnet sich als Dosisleistung aus dem Röhrenstrom und der Applikationszeit und wird in Milliamperesekunden (mAs) angegeben.
Rotationszeit Die Rotationszeit definiert die Zeit T
Röntgenröhre Die Röntgenröhre ist eine spezielle
7 Dual-Energy-Daten. Hierbei besteht der Detektor
Elektrodenröhre, bestehend aus einer Kathode und einer Anode zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Von der Kathode werden Elektronen emittiert und durch die Röhrenspannung zwischen Kathode und Anode beschleunigt. Beim Auftreffen auf der Anode wird 7 charakteristische Röntgenstrahlung, 7 Bremsstrahlung und 7 Lilienfeldstrahlung erzeugt. Bei Hochleistungsröhren wie in der Computertomographie besteht die Röntgenröhre aus Metall, und die Anode ist als Drehtelleranode konzipiert, um den hohen Leistungsansprüchen zu genügen.
aus 2 unterschiedlichen übereinanderliegenden Materialen, welche unterschiedlich die höher- und niederenergetischen Photonen absorbieren. (7 Dual-Source CT, 7 Rapid-kV-Switching)
(ms), die für die Beschreibung einer vollständigen Rotation (2π = 360°) der Gantry benötigt wird. Sandwichdetektor (auch Dual-Layer-Detektor) Spe-
zielle Detektortechnologie zur Generierung von
Schichtdicke Dicke einer rekonstruierten Einzel-
schicht in der Computertomographie. Sie entspricht der »effektiven Sichtweite« durch den Körper in der rekonstruierten Schicht. Die kleinste rekonstruierbare Schichtdicke ist in der Regel begrenzt durch die 7 Kollimation.
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Kapitel 30 · Glossar technischer Begriffe
Sequenzakquisition Akquisitionsverfahren der CT,
Volumenpitch Der Volumenpitch entspricht dem
bei dem der Tischvorschub inkonstant ist: Das Untersuchungsvolumen wird in einzelnen Blöcken akquiriert; der Tisch bewegt sich jeweils zwischen den einzelnen Akquisitionen. (7 Spiralakquisition)
Pitch, wird jedoch nicht auf die Anzahl der Detektorelemente normiert.
Sievert (Sv) Maßeinheit gewichteter Strahlendosen wie Äquivalentdosis, 7 Effektivdosis und Organdosis. In der Computertomographie werden die entsprechenden Dosen in Millisievert (mSv = 0,001 Sv) ausgedrückt (7 Kap. 22). Benannt nach Rolf Sievert (1896–1966). Spiralakquisition (auch Helikalakquisition) Unter-
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suchungsverfahren der CT, bei dem der Patient mit konstanter Geschwindigkeit entlang seiner Längsachse durch die Strahlenebene bewegt wird, während die Gantry mit konstanter Geschwindigkeit rotiert. Aus den Spiraldatensätzen werden dann sekundär die axialen Schnittbilder rekonstruiert. (7 Sequenzakquisition) Spiralinterpolation Durch Spiralinterpolation ent-
steht aus der trapezförmigen kollimierten Schicht ein glockenförmiges Schichtempfindlichkeitsprofil. Dessen Halbwertsbreite wird als 7 effektive Schichtdicke bezeichnet. Surface Shaded Display (SSD) Projektionsverfahren zur 3-dimensionalen Darstellung eines CT-Datensatzes, bei dem der erste Punkt einer Schnittebene dargestellt wird, der einen beliebig gewählten Dichtewert überschreitet (unterer Schwellwert). Alle vom Betrachter aus hinter diesem Punkt gelegenen Pixel, auch solche mit höherer Dichte, bleiben verborgen (7 Kap. 5). Szintillationsdetektor Moderne
CT-Detektoren sind Festkörper-Szintillationsdetektoren (7 Kap. 2).
Topogramm (auch Scoutview) Übersichtsscan des
ungefähren Untersuchungsbereichs des Patienten. Auf diesem Projektionsbild kann dann der Untersuchungsbereich der eigentlichen Datenakquisition genau geplant werden.
Volume-Rendering-Technik (VRT) Projektionsver-
fahren zur 3-dimensionalen Darstellung eines CTDatensatzes mit Klassifikation der Daten anhand ihrer Dichte und Verstärkung der Raumwahrnehmung durch Schattierung (7 Kap. 5). Voxel Volumenelement einer Schicht Wärmespeicherkapazität Die Wärmespeicherkapa-
zität des Anodentellers und des Röhrengehäuses – gemessen in Mega Heat Units, MHU – bestimmt die Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre (7 Kap. 2). Z-Springfokus Durch periodische Bewegung des
Brennflecks auf dem Anodenteller werden aufeinanderfolgende Projektionen im Drehzentrum um eine halbe kollimierte Schichtdicke verschoben. So können je 2 Projektionen zu 1 Projektion mit doppelter Schichtanzahl und halbem Abtastabstand verschachtelt werden (7 Kap. 2).
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Abkürzungsverzeichnis
H. Alkadhi et al, Wie funktioniert CT?, DOI 10.1007/978-3-642-17803-0, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
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2-D 3-D ACR AGV AIP ALARA aPTT BaSO4 BWS C CT CTDIvol
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Kapitel 31 · Abkürzungsverzeichnis
2-dimensional 3-dimensional American College of Radiology Angiographic view Average intensity projection As low as reasonable achievable Aktivierte partielle Thromboplastinzeit Bariumsulfat Brustwirbelsäule Kollimation Computertomographie Volume Computed Tomography Dose Index D Energiedosis DAS Direct Attached Storage DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine DLP Dosis-Längen-Produkt Eeff Effektive Dosis EKG Elektrokardiogramm ESUR European Society of Urogenital Radiology G Gauge, Außendurchmesser einer Kanüle GFR Glomeruläre Filtrationsrate HE Hounsfield-Einheit HIS Hospitalinformationssystem HWS Halswirbelsäule IDM Identity Management System IHE Integrating the Healthcare Enterprise INR International Normalized Ratio KIS Krankenhausinformationssystem KM Kontrastmittel kV Kilovolt kVp Peak kilovoltage; höchste Spannung in einem Energiespektrum LWS Lendenwirbelsäule m Absoluter Schwächungswert mA Milliampere mAs Milliamperesekunde MDRD Modification of Diet in Renal Disease mGy Milligray MinIP Minimum intensity projection MIP Maximum intensity projection ml Milliliter MPR Multiplanare Reformation MRT Magnetresonanztomographie mSv Millisievert n Anzahl NaCl Natriumchlorid
NAS OAK OSG p PACS PMS PSI pVol RI RIS ROI SAN SSD SSW ST T TF VRT ZVK
Network Attached Storage Orale Antikoagulation Oberes Sprunggelenk Pitch Picture Archiving and Communication System Patientenmanagementsystem Pound-force per square inch Volumenpitch Rekonstruktionsinkrement Radiologieinformationssystem Region of interest Storage Area Network Shaded surface display Schwangerschaftswoche Schichtdicke Zeit; Rotationszeit der Gantry Tischvorschub Volume rendering technique Zentraler Venenkatheter
Stichwortverzeichnis
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Stichwortverzeichnis
A Abschirmung 207 Adenom-Karzinom-Sequenz 174 Aerodissektion 7 auch Hydrodissektion 191 Agatston-Score 127 Air trapping 84 Akutes Aortensyndrom 110 ALARA-Prinzip 202 Amnionflüssigkeit 235 Applikation 61 Äquilibriumphase (7 späte Kontrastmittelphase) 95 Artefakte 32, 35, 37, 39 – CT-System-basierte 32, 37 – patientenverursachte 32, 35 – physikalische 32 – Rekonstruktionsartefakte 32, 39 Arthrographie 135 Atemartefakte 37 Aufhärtungsartefakte 32, 33 – Cupping 32 – Streifenartefakte 32 Auflösung 9, 124 – isotrope 12 – räumliche 124 – zeitliche 124 Augenlinse 76 Automatische Expositionskontrolle 204 Average Intensity Projektion 42
B β-Blocker 126 Bewegungsartefakte 36 BF (Blutfluss) 180 Bildqualität 27 Bildrauschen 6, 17 Bildschärfe 6 Bildspeicher 59 Blutfluss (BF) 180 Blutvolumen (BV) 180 Bolustracking 52, 112 Buthylscopolamin 53 BV (Blutvolumen) 180
C Calcium-Scoring 127 Clientanwendung (7 Applikation) 61 Comptonstreuung 166 Computed Tomography Dose Index 198 cone beam artifacts 7 Kegelstrahlartefakte
CT-Angiographie 68, 70, 71, 82 – Aufnahmebereich 71 – intra- und extrakranielle Gefäße 70 – systematische Bildanalyse 71 CT-Angiographie (CTA) 110 CT-Aortographie 82 CT-Ausscheidungsurographie 102 CT-Enteroklysma 99 CT-Fluoroskopie 190 CT-gesteuerte Intervention 188 – Diagnostik 188 – Therapie 188 CT-Kolonographie 173 CT-Myelographie 147 CT-Perfusion 180, 181 – Phasen 180 – Protokolle 183 CT-Pulmonalisangiographie 82, 118 CT-Schädel 68, 69 – CT-Angiographie 69 – CT-Perfusion 69 – Indikation 68 – nativ 69 – Patientenpositionierung 70 – Patientenvorbereitung 70 – Protokoll 68 – Untersuchungsbereich 70 CT-Venographie 121 CTA (CT-Angiographie) 110 CT in der Schwangerschaft 210 – Akute Appendizitis 214 – Gesetzliche Bestimmungen 211 – Indikationen 212 – Lungenembolie 213 – Strahlendosisaspekte 210 – Trauma 213 – Vorsichtsmaßnahmen 212
D Darmvorbereitung 174 Datenbank 59 Dekomposition 166, 170 Dekonvolutionsanalyse 180 Detektor 5 – Festkörper-Szintillations- 16, 17 – Gas- 16 Dialyse 231 DICOM-Format 59 Distension 174 Dosis-Längen-Produkt 198 Dosisreduktion 203 Drehanode 20 Dual-Energy-Technik 13, 113 Dual-Source-CT 12, 167
E Effektivdosis 198 Einzelschicht-CT 9 EKG, Pulsing 127 EKG-Gating, retrospektive 126 EKG-Synchronisation 130 – absolut antegrade 130 – absolut retrograde 130 – prospective 127 – prospektive 113 – relative 130 – retrospective 126 – retrospektive 113 EKG-Triggerung, prospektive 127 Elektronendichte 166 Endoleckage 110 Energiedosis 198 Energiesensitive Detektoren 167 Extravasation 222
F Faltungskern 5, 6 Felsenbein 74 Fenster 7, 27 Flash-Mode 84, 113 Frakturen 134 Funktionsaufnahmen 149
G Gadolinium 231 Gantry 16, 21 Gantrykippung 70 Ganzkörper-CT 154, 155 Gasinsufflation 175 Gelenkspalt 140 – lunotriquetraler (LT) 140 – scapholunärer (SL) 140 Gesichtsschädel 74 Glenoid-Version 135 glomeruläre Filtrationsrate 230 Glucagon 52
H Halbwertsbreite 10 Hals 74 Hämodialyse 231 Handgelenk 138 Hanging-Protocol 59 HCC (Hepatozelluläres Karzinom) 182 Hepatozelluläres Karzinom (HCC) 182 Hounsfield-Einheit (HU) 7 HR-CT 82 HU (Hounsfield-Einheit) 7 Hydratation 229
271 Stichwortverzeichnis
Hydro-CT 49, 99 Hydrodissektion 7 auch Aerodissektion 191 Hypopharynx 74 Hypothyreose, kongenitale 238
I Impulse Residue Function (IRF) 180 Inzidentalom 97 IRF (Impulse Residue Function) 180 Ischämischer Hirninfarkt 182 Iterative Bildrekonstruktion 206
J Jodflussrate 112
K K-Kante 166 Karzinogenese 211 Karzinomrisiko 242 Kegelstrahlartefakte 38 Kinder 241 Knie-Totalendoprothese 145 Koaxiale Nadeln 192 Kollimation 24 Kompartimentanalyse 180 Kontrast 28 Kontrastmittel 218 – enterales 48 – generalisierte Reaktionen 219, 221 – intravenöses 49, 82 – negatives 48, 49, 99 – Notfallkoffer 220 – orales 48, 82 – positives 48 – prädisponierende Faktoren 219 – Prophylaxe 223 – rektales 49 – unerwünschte Wirkungen 218 Kontrastmittelinjektor 51 Kontrastmittelphase – arterielle 90, 111 – kortikomedulläre 102 – nephrographische 102 – portalvenöse 94 – späte 95 – urographische 102 – vaskuläre 102 – venöse 111 Kopf-Hals 73 Kopfschale 76 Körperbewegungsartefakte 36
L Laktatazidose 231 Langzeitarchiv 61 Larynx 74 Laxanzien 174 Leberfusion – arterielle 181 – portalvenöse 181 Lokalanästhetikum 135 Lungenembolie 118 Lymphknotenstationen 80
M Massendichte 166 Massenscore 128 Maximum-Intensitätsprojektion (MIP) 131 – Angiographic View 44 – Dünnschicht-MIP 43, 44 Maximum Intensity Projection (MIP) 44 Mean Transit Time 180 Mehrschicht-CT 8, 10 Metallartefakte, chirurgische Implantate 35 Metallobjekt 36 – Schmuck 36 – Zahnersatz 36 Metformin 231 Milz – akzessorische 95 – Pseudoläsion 95 – Tigerung 95 Minimum-Intensitätsprojektion (MinIP) 131 MinIP (Minimum-Intensitätsprojektion) 131 MIP (Maximum-Intensitätsprojektion) 43, 44, 131 – Angiographic View 44 – Dünnschicht-MIP 43, 44 MPR (Multiplanare Reformation) 42, 43, 131 – Dickschicht-MPR 42 – gekrümmte 43 Multiplanare Reformation (MPR) 42, 131 – Dickschicht-MPR 42 – gekrümmte 43 Muskuloskelettales System 133
N N-Acetylcystein 229 Nasennebenhöhlen 74
A–R
Nasopharynx 74 Nephropathie 228 Netzwerk 61 Nierenfunktion 228 Nitroglycerin 126
O Oberes Sprunggelenk 146 Oropharynx 74 Osmolarität 228 – hypoosmolare 229 – isoosmolare 229 Osteosynthesematerial 134 Overbeaming 208 Overranging 7 auch Overscanning 208 Overscanning 208
P PACS (Picture Communication and Archiving Systems) 56 Paravasat 51 Partialvolumenartefakte 33, 34 Peritonealdialyse 231 Photoeffekt 166 Photon starvation 34 Picture Communication and Archiving Systems (PACS) 56 Pitch 9, 10, 24, 207 Pixel 26 Pixelrauschen 27 Plazentaschranke 234 Polypendetektion 177 Polytrauma 154 Port-à-Cath-System 49 Postprocessing 41 – isotrope Datensätze 42 – Überlappung 42 – Voraussetzung 42 Projektion 5 Pulsationsartefakte, Herzbewegung 36
Q Quanteneffizienz 16
R Radiologisches Informationssystem (RIS) 56 Rapid kVp-Switching 167 Rekonstruktion, iterative 26 Rekonstruktionsartefakte 39 – 3-D-Rekontruktion 39 – multiplanare Rekonstruktion 39
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Stichwortverzeichnis
Rekonstruktionsinkrement 25 Relevanz 58 Ringartefakte 37, 38 – fehlerhafte Kalibrierung 38 RIS (Radiologisches Informationssystem) 56 Röhrenspannung 21, 25, 28, 205 Röhrenstrom 12, 24, 34 – schwächungswertbasierte Modulation 34 Röhrenstrom-Zeit-Produkt 24, 28 Röhrenstrommodulation 127, 204 – anatomische 21 – EKG-basierte 127 Röntgen-Absorptionskoeffizient 4, 7 Röntgenbremsstrahlung 20 Röntgenstrahlung 32 – charakteristische 20 – Filterung 32 Rotationsmessung 138, 144 Rotationszeit 9, 24 Rückprojektion 5 – gefilterte 25
S Säugling 244 Schichtdicke – effektive 10 – kollimierte 12, 17, 19, 112 – rekonstruierte 12, 19, 25 Schilddrüsenfunktion 236 Schulter 135 Schwächungsgesetz 4 Schwächungskoeffizient 166 Schwangerschaft 233 Sedierung 244 Serumkreatinin 228 Serversystem 62 Signal-zu-Rausch-Verhältnis 29 Sinogramm 5 Sinusitis 75 Spasmolytika 52 Spätphasen-CT 156 Speichersystem 61 Spiral-CT 9 Spiralartefakte 37 Spiralinterpolation 10 Splitbolus-Protokoll 104 SSD (Surface Shaded Display) 43, 45 Stillzeit 234 Strahlendosis 6, 112, 190, 202 Strahlenexposition 7 auch Strahlendosis 202 Strahlenschutz 202 Strahlensensibilität 242 Streustrahlung 17
Summary series 59 Surface Shaded Display (SSD) 45
Z
T
z-Filterung 11 z-Springfokus 18, 20 Zahnfüllung 74 Zahnimplantat 77
TAGT 145 Teratogenese 210 Testbolus 52 Torsionsmessung 137 Translations-Rotations-Prinzip 8 Translations-Rotations-Scanner 5 Triple-Rule-Out 121 TSH-Messung 236
U Unterabtastung 34, 35 – Aliasing-Effekt 34
V Valsalva-Manöver 53, 119 Venenpunktion 50 Venenverweilkanüle 51 2-D-Verfahren 42 3-D-Verfahren 45 – Color-Lookup-Table 45 – direkte Volumendarstellungstechnik 45 – indirekte Volumendarstellungstechnik 45 Volume-Rendering-Technik (VRT) 45 – Klassifikation 45 – Projektionsverfahren 45 – Schattierung 45 Volumenscore 127 Volume Rendering (VR) 131 Voxel 4, 26 VR (Volume Rendering) 131 VRT (Volume-Rendering-Technik) 43, 45 – direkte 43 – Klassifikation 45 – Projektionsverfahren 45 – Schattierung 45
W Washout – absolutes 97 – relatives 97 Wavelet-Format 61, 62
X Xenon-Gas 171
