Was sind CT-Scans und wie funktionieren sie?

Ob Sie nach einem Sturz vom Mountainbike die Notaufnahme aufsuchen oder zur routinemäßigen Krebsvorsorgeuntersuchung in die Klinik gehen, es ist wahrscheinlich, dass der Arzt innere Bilder anfordert, um Ihren Gesundheitszustand genau zu beurteilen.

Eine der gebräuchlichsten Methoden zur Aufnahme von Bildern des Körperinneren ist die Computertomografie (CT).

CT-Scans, auch CAT-Scans genannt, verwenden ein rotierendes Röntgengerät, um Querschnitts- oder 3D-Bilder von jedem Körperteil zu erstellen, so das National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). Sie bieten Ärzten eine schmerzfreie, nicht-invasive und schnelle Möglichkeit, Knochen, Organe und andere innere Gewebe zu untersuchen.

Wie CT-Scans funktionieren

Bei einem CT-Scan liegt der Patient auf einem Tisch, der sich durch einen als Gantry bezeichneten Ring bewegt, so das NIBIB. Die Gantry ist mit einer Röntgenröhre ausgestattet, die sich um den Patienten dreht und dabei schmale Röntgenstrahlen durch den Körper schießt. Die Röntgenstrahlen werden von digitalen Detektoren direkt gegenüber der Röntgenquelle aufgefangen.

Nachdem die Röntgenquelle eine volle Umdrehung vollzogen hat, erstellt ein hochentwickelter Computer ein 2D-Bild dieses Körperabschnitts, der in der Regel eine Dicke von 1 bis 10 Millimetern aufweist. Der Computer kombiniert dann mehrere 2D-Scheiben, um ein 3D-Bild des Körpers zu erstellen, das es dem Arzt erleichtert, genau festzustellen, wo das Problem des Patienten liegt. Der Scan selbst dauert in der Regel weniger als 15 Minuten, je nachdem, welcher Körperbereich abgebildet wird.

Um Anomalien besser erkennen zu können, kann dem Patienten ein Kontrastmittel verabreicht werden. Lösungen, die Kontrastmittel wie Jod oder Barium enthalten, werden je nach Zielgewebe oral oder rektal in den Körper eingeführt oder direkt in die Blutbahn gespritzt. Die Materialien in der Lösung verändern vorübergehend die Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlen und bestimmten Körpergeweben, wodurch diese Gewebe auf dem Bild anders erscheinen, so die Radiological Society of North America. Der Kontrast hilft Ärzten, zwischen normalem und abnormalem Gewebe zu unterscheiden.

Warum ein CT-Scan

CT-Scan-Bilder helfen Ärzten bei der Diagnose und Lokalisierung von Infektionen, Muskelstörungen, Knochenbrüchen, Krebs, Tumoren und anderen Anomalien.

In Notfallsituationen sind CT-Scans lebensrettende Instrumente, die es Ärzten ermöglichen, das Ausmaß innerer Verletzungen oder innerer Blutungen schnell zu bestimmen, so die Radiological Society of North America.

CT-Scans sind auch für die Krebsdiagnose, -behandlung und -forschung von entscheidender Bedeutung, so das National Cancer Institute.

Risiken

Während CT-Scans ein wichtiges Instrument zur Beurteilung der Gesundheit sein können, sind mit dem Scan auch Risiken verbunden.

Abhängig von der Körperregion, die gescannt wird, kann das Risiko einer Strahlenbelastung bestehen, so das American College of Radiology Imaging Network (ACRIN). Röntgenstrahlen sind eine Quelle ionisierender Strahlung, die empfindliche Gewebe wie Lymphorgane und Blut schädigen kann. CT-Scans im Bauchbereich werden schwangeren Frauen nicht empfohlen, da der Fötus möglicherweise einer schädlichen Strahlung ausgesetzt wird.

Eine längere Verweildauer im CT-Scanner kann zu qualitativ hochwertigeren Bildern führen, aber auch zu einer höheren Strahlendosis, die oft unnötig ist, so Dr. Phuong-Anh Duong, Leiterin der Computertomographie und außerordentliche Professorin an der Abteilung für Radiologie und Bildgebende Wissenschaften der Emory University in Georgia. (Laut Harvard Health Publishing setzt ein CT-Scan nur des Brustbereichs den Patienten etwa 70-mal so viel Strahlung aus wie ein herkömmliches Röntgenbild der Brust.)

Duong sagte, es sei wichtig, die Qualität der CT-Bilder mit der Höhe der Strahlenbelastung in Einklang zu bringen – eine Praxis, die Ärzte ALARA nennen, oder so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar.

Es gibt einige Möglichkeiten, die Strahlenbelastung zu reduzieren, sagte Duong. Zum Beispiel sollten nur Aufnahmen gemacht werden, wenn es notwendig ist, und nur der benötigte Körperteil, und es sollten Strahlen mit geringerer Energie und neuere Technologien wie empfindlichere Röntgendetektoren verwendet werden.

Gelegentlich kann es bei Patienten zu allergischen Reaktionen auf das Kontrastmittel kommen, aber größere Reaktionen sind selten. Wenn Allergien im Voraus bekannt sind, können Medikamente verabreicht werden, um die Auswirkungen des Kontrastmittels zu verringern, so die Radiological Society of North America. Menschen mit Asthma, Heuschnupfen, Allergien, Herzerkrankungen oder Nieren- oder Schilddrüsenproblemen scheinen ein höheres Risiko zu haben, eine Reaktion auf das Kontrastmittel zu entwickeln, obwohl die Forscher noch nicht wissen, warum.

Künstliche Intelligenz (KI) wird in CT-Scanner eingebaut, um bessere Bilder mit weniger Strahlung zu erzeugen, sagte Duong gegenüber Live Science.

Anfang des Jahres haben Forscher der University of Central Florida KI in ein CT-Scan-System eingebaut, das in der Lage war, Spuren von Lungenkrebs zu erkennen.

In einem weiteren Fortschritt in diesem Jahr hat eine Gruppe von Forschern der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City ein KI-System entwickelt, das CT-Scan-Bilder des Gehirns untersucht. Das System kann Probleme, wie z. B. einen Schlaganfall, in nur 1,2 Sekunden erkennen. Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Medicine.

Ein weiterer großer Fortschritt in der CT-Scan-Technologie sind photonenzählende CT-Scanner. Diese Scanner enthalten einen Detektor, der die einzelnen Photonen der Röntgenquelle zählt und verfolgt und die Wechselwirkungen der einzelnen Photonen erkennt. Das Ergebnis ist ein klareres Bild mit besserer Auflösung und höherem Kontrast als bei herkömmlichen CT-Scans, bei denen energieintegrierende Detektoren eingesetzt werden, um eine große Anzahl von Photonen auf einmal zu erfassen und lediglich die Intensität zu messen. Die photonenzählenden CT-Scanner können zu einer geringeren Röntgendosis, einer besseren Gewebedifferenzierung, einer schärferen Bildqualität und einem geringeren Bedarf an Kontrastmittel führen, so Duong.

CT-Scan-Geräte werden auch immer spezieller. CT-Geräte, die speziell für die Abtastung des Brustgewebes entwickelt wurden, liefern Informationen, die mit denen einer herkömmlichen Mammographie vergleichbar sind, jedoch ohne die Notwendigkeit einer Brustkompression und mit einer wesentlich geringeren Strahlenbelastung durch die Brust, so die NIBIB.

Wird sich die CT jemals so weit entwickeln, dass sie einem tragbaren Diagnosegerät wie den „Tricordern“ aus „Star Trek“ ähnelt? Nicht ganz, obwohl es bereits tragbare und mobile CT-Scanner gibt, so Duong, wie z. B. den mobilen, auf einem Lieferwagen montierten CT-Scanner, der vom Grady Health System an der Emory University School of Medicine eingesetzt wird. Aber die kleineren Geräte sind nicht so effizient wie herkömmliche CT-Scanner, und es ist schwierig, Umstehende vor der Strahlenbelastung zu schützen.

Weitere Informationen:

• Wie sich die CT-Technologie in den letzten 50 Jahren entwickelt hat, von der International Society for Computer Tomography.
• CT-Bildgebung im Vergleich zu Röntgenstrahlen, von der FDA.
• Mehr Informationen über CT-Scans, von der Mayo Clinic.