Was sind CT-Scans und wie funktionieren sie?

Unabhängig davon, ob Sie die Notaufnahme nach einer schweren Verschüttung von Ihrem Mountainbike oder Ihre Gesundheitsklinik für ein routinemäßiges Krebs-Screening besuchen, wird der Arzt wahrscheinlich interne Bilder anfordern, um Ihre Gesundheit genau zu beurteilen.

Eine der häufigsten Methoden zur Aufnahme von Bildern des inneren Körpers ist die Computertomographie (CT).

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

So funktionieren CT-Scans

Während eines CT-Scans liegt der Patient auf einem Tisch, der sich laut NIBIB durch einen Donut-ähnlichen Ring bewegt, der als Portal bezeichnet wird. Das Portal verfügt über eine Röntgenröhre, die sich um den Patienten dreht, während schmale Röntgenstrahlen durch den Körper geschossen werden. Die Röntgenstrahlen werden von digitalen Detektoren direkt gegenüber der Quelle aufgenommen.

Nachdem die Röntgenquelle eine vollständige Drehung abgeschlossen hat, erstellt ein hochentwickelter Computer ein 2D-Bild dieser Körperscheibe, das typischerweise eine Dicke von 1 bis 10 Millimetern aufweist. Der Computer kombiniert dann mehrere 2D-Schnitte, um ein 3D-Bild des Körpers zu erstellen, sodass ein Arzt leichter feststellen kann, wo das Problem des Patienten besteht. Der Scan selbst dauert in der Regel weniger als 15 Minuten, abhängig vom abgebildeten Bereich des Körpers.

Um das Erkennen von Anomalien zu erleichtern, kann dem Patienten ein Kontrastmittel verabreicht werden. Lösungen, die Kontrastmittel wie Jod oder Barium enthalten, werden je nach Zielgewebe oral, rektal in den Körper eingeführt oder direkt in den Blutkreislauf injiziert. Die Materialien in der Lösung verändern vorübergehend die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit bestimmten Körpergeweben, wodurch diese Gewebe laut der Radiological Society of North America im resultierenden Bild anders aussehen. Der Kontrast hilft Ärzten, zwischen normalem und abnormalem Gewebe zu unterscheiden.

Warum einen CT-Scan machen?

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

Laut der Radiological Society of North America sind CT-Scans in Notsituationen lebensrettende Instrumente, mit denen Ärzte das Ausmaß innerer Verletzungen oder innerer Blutungen schnell bestimmen können.

CT-Scans sind laut dem National Cancer Institute auch für die Diagnose, Behandlung und Forschung von Krebs von entscheidender Bedeutung.

Risiken

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

Je nach dem Bereich des gescannten Körpers besteht laut dem American College of Radiology Imaging Network (ACRIN) die Gefahr einer Strahlenexposition. Röntgenstrahlen sind eine Quelle ionisierender Strahlung, die empfindliche Gewebe wie lymphatische Organe und Blut schädigen kann. CT-Scans um den Bauch sind für schwangere Frauen nicht empfehlenswert, da der Fötus möglicherweise schädlicher Strahlung ausgesetzt ist.

Mehr Zeit im CT-Scanner kann zu Bildern mit höherer Qualität führen, aber auch zu einer höheren Strahlendosis, die oft unnötig ist, sagte Dr. Phuong-Anh Duong, Direktor für Computertomographie und außerordentlicher Professor am Institut für Radiologie und Bildgebende Wissenschaften der Emory University in Georgia. (Ein CT-Scan nur des Brustbereichs setzt den Patienten laut Harvard Health Publishing einer etwa 70-fachen Strahlungsmenge aus wie eine herkömmliche Röntgenaufnahme des Brustkorbs.)

Duong sagte, es sei wichtig, die Bildqualität des CT-Scans mit der Menge der Strahlenexposition in Einklang zu bringen - eine Praxis, die Ärzte ALARA nennen oder die so niedrig wie möglich ist.

Es gibt einige Möglichkeiten, die Strahlenexposition zu reduzieren, sagte Duong. Stellen Sie beispielsweise nur bei Bedarf ein Bild und nur das benötigte Körperteil her und verwenden Sie energiearme Strahlung und neuere Technologien, z. B. empfindlichere Röntgendetektoren.

Gelegentlich können bei Patienten allergische Reaktionen auf die Kontrastmittel auftreten, größere Reaktionen sind jedoch selten. Wenn Allergien im Voraus bekannt sind, können nach Angaben der Radiological Society of North America Medikamente verabreicht werden, um die Wirkung des Kontrastmittels zu verringern. Menschen mit Asthma, Heuschnupfen, Allergien, Herzerkrankungen oder Nieren- oder Schilddrüsenproblemen scheinen einem höheren Risiko ausgesetzt zu sein, eine Reaktion auf das Kontrastmittel zu entwickeln, obwohl die Forscher noch unklar sind, warum.

CT-Scanner der nächsten Generation

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

Anfang dieses Jahres haben Forscher der University of Central Florida AI in ein CT-Scan-System integriert, mit dem Spuren von Lungenkrebs nachgewiesen werden konnten.

In einem weiteren Fortschritt in diesem Jahr hat eine Gruppe von Forschern der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York ein KI-System entwickelt, das CT-Scan-Bilder des Gehirns untersucht. Das System kann Probleme wie 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 CT-Scanner mit Photonenzählung. Diese Scanner enthalten einen Detektor, der einzelne Photonen von der Röntgenquelle zählt und verfolgt und einzelne Photonenwechselwirkungen erfasst. Das Ergebnis ist ein klareres Bild mit verbesserter Auflösung und verbessertem Kontrast im Gegensatz zu herkömmlichen CT-Scan-Bildern, bei denen energieintegrierende Detektoren verwendet werden, um eine große Anzahl von Photonen gleichzeitig zu erfassen und einfach die Intensität zu messen. Die Photonenzähl-CT-Scanner können zu verringerten Röntgendosen, einer besseren Gewebedifferenzierung, einer schärferen Bildqualität und einem verringerten Bedarf an Kontrastmittel führen, sagte Duong.

CT-Scan-Geräte werden ebenfalls spezialisierter. CT-Geräte, die speziell für das Scannen von Brustgewebe entwickelt wurden, liefern Informationen, die mit herkömmlichen Mammographien vergleichbar sind, jedoch laut NIBIB keine Brustkompression erfordern und bei denen die Strahlenbelastung durch die Brust erheblich geringer ist.

Werden sich CT-Scans jemals so weit entwickeln, dass sie einem tragbaren Diagnosegerät wie den "Tricordern" von "Star Trek" ähneln? Nicht ganz, obwohl es tragbare und mobile CT-Scanner gibt, sagte Duong, wie der mobile CT-Scanner, der von Grady Health System an der Emory University School of Medicine verwendet wird. Die kleineren Geräte sind jedoch nicht so effizient wie herkömmliche CT-Scanner, und es ist schwierig, umstehende Personen vor Strahlenexposition zu schützen.

Weiterführende Literatur:

• Wie sich die CT-Technologie in den letzten 50 Jahren von der International Society for Computer Tomography entwickelt hat.
• CT-Bildgebung versus Röntgenstrahlen von der FDA.
• Weitere Informationen zu CT-Scans erhalten Sie von der Mayo Clinic.