Wie funktioniert CT? Die Basics
Summary
TLDRDieses Video erklärt die Funktionsweise von Computertomografie (CT), unterscheidet CT von Projektionsröntgen, führt durch die Geschichte der CT-Technik und ihre Generationen. Es erklärt moderne Technologien wie Spiral-CT und Multi-Detektor-CT, Bildrekonstruktion und die neue Dual-Energy-CT. Die dritte Generation von CT-Scannern ist heute am häufigsten verwendet und arbeitet mit Spiraltechnik und Multi-Detektoren, während Dual-Energy-CT für verbesserte Materialunterscheidung und kontrastreiche Abbildungen aufkommend ist.
Takeaways
- 🔬 Computertomografie (CT) ist eine bildgebende Verfahren, das schnittweise Aufnahmen des Körpers ermöglicht, im Gegensatz zu Projektionsröntgen, bei denen Tiefeninformationen verloren gehen können.
- 🏥 CT-Scanner-Generationen: Es gibt verschiedene Generationen von CT-Scannern, wobei die dritte Generation heutzutage am häufigsten verwendet wird.
- 🌀 Spiral-CT-Technik: Moderne CT-Scanner arbeiten mit der Spiral-Technik, bei der der Patienttisch kontinuierlich durch die Gantry bewegt wird, während die Röhren- und Detektoren um den Patienten rotieren.
- 🔧 Mehrzeilen-Detektoren: Moderne CT-Scanner verwenden Mehrzeilen-Detektoren (Multi-Detector CT), was eine schnellere und hochauflösendere Bildgebung ermöglicht.
- 🏗 Aufbau eines CT-Scanners: Ein CT-Scanner besteht aus einem Hochspannungsgenerator, einer Röhrenröhre, einem Blendensystem, einer Kühlung und einem Detektorsystem.
- ⏱ Geschwindigkeitssteigerung: Moderne CT-Scanner können große Volumen-Daten innerhalb von Millisekunden bis Sekunden aufnehmen, im Gegensatz zu früheren Geräten, die mehrere Minuten benötigten.
- 🏅 CT-Technologie wurde 1979 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet, was die Bedeutung dieser Technologie für die Medizin unterstrich.
- 🔄 Dual Energy CT: Eine neuere Technologie in der CT-Bildgebung, die es ermöglicht, Materialien besser zu unterscheiden und zu quantifizieren, indem man unterschiedliche Röhrenspannungen verwendet.
- 🌈 Spektral CT: Ein neueste Entwicklung in der CT-Technik, bei dem ein Dual-Layer-Detektor verwendet wird, um spektrale Bilddaten zu erfassen, ohne dass eine vorherige Entscheidung über den Dual-Energy-Modus erforderlich ist.
- 📈 Entwicklungstrend: Die Dual Energy CT und Spektral CT sind aktuelle Entwicklungen, deren potenzielle klinische Anwendungen weiter erforscht werden.
Q & A
Wie funktioniert Computertomografie (CT)?
-Computertomografie verwendet Röntgenstrahlung, um Schichtaufnahmen des Körpers zu erstellen. Dabei rotieren eine Röhrenquelle und ein Detektor um den Patienten, um das gesamte Körpervolumen aus verschiedenen Richtungen zu durchleuchten.
Was ist der Hauptunterschied zwischen CT und Projektionsröntgen?
-Beim CT handelt es sich um ein Schnittbildverfahren, das transversale Schichten erzeugt und die Tiefeninformationen beibehält, im Gegensatz zu Projektionsröntgen, bei denen diese Informationen verloren gehen.
Wer entwickelte die CT-Technik und wann wurde die erste Aufnahme gemacht?
-Die CT-Technik wurde 1968 von Heinz Hounsfield entwickelt und die erste Aufnahme eines Schädels im Jahr 1971 durchgeführt.
Wie lange dauerte es ursprünglich, eine CT-Aufnahme eines Schädels durchzuführen?
-Die erste Aufnahme eines Schädels dauerte ungefähr fünf bis zehn Minuten.
Was ist der Unterschied zwischen der ersten und der dritten CT-Scanner-Generation?
-Die ersten Generations-CT-Geräte verwendeten eine translationale Aufnahmetechnik mit einer Röhrenquelle und einem Detektor, die schrittweise verschoben wurden. Die dritte Generation, heutzutage am häufigsten verwendet, besitzt eine rotierende Röhrenquelle und einen Detektor, die gemeinsam um den Patienten rotieren.
Was ist Spiral-CT und wie funktioniert sie?
-Spiral-CT ist eine Aufnahmetechnik, bei der der Patienttisch kontinuierlich durch die Gantry bewegt wird, während die Röhre und der Detektor sich um den Patienten drehen, um kontinuierlich Volumen-Daten aufzunehmen.
Was ist Multi-Detector-CT (MDCT) und welche Vorteile bietet es?
-Multi-Detector-CT verwendet Detektoren mit vielen parallel nebeneinander angeordneten Detektorzeilen, was eine schnellere Abdeckung der gewünschten Anatomie ermöglicht und die Aufnahme dünnerer Schichten zur verbesserten räumlichen Auflösung erlaubt.
Wie wird die Bildrekonstruktion bei CT-Scannern durchgeführt?
-Die Bildrekonstruktion erfolgt traditionell durch gefilterte Rückprojektion, bei der die Aufnahmedaten in ein zweidimensionales Bild umgewandelt werden. Neuere Verfahren verwenden iterative Rekonstruktionsmethoden, die schrittweise verbessert werden.
Was ist Dual Energy CT und welche Anwendungen hat sie?
-Dual Energy CT ist eine Technik, die verschiedene Röhrenspannungen verwendet, um Materialien besser voneinander zu trennen oder bestimmte Materialien wie Jod in Kontrastmittelaufnahmen besser sichtbar zu machen.
Was ist Spektral CT und wie unterscheidet es sich von anderen Dual Energy CT-Techniken?
-Spektral CT verwendet einen Dual Layer Detektor, der unterschiedliche Photonenenergien absorbiert, ohne dass eine Entscheidung über den Einsatz des Dual Energy Modus vor der Untersuchung getroffen werden muss.
Outlines
🔬 Grundlagen der Computertomografie
Dieses Video erklärt die Funktionsweise der Computertomografie (CT) und führt durch die verschiedenen Generationen von CT-Scannern. Es beginnt mit dem Unterschied zwischen CT und Projektionsröntgen, der auf die Erhaltung der Tiefeninformationen bei CT zurückzuführen ist. Die Geschichte der CT-Technik wird kurz besprochen, und es wird auf die Entwicklung hin zu schnelleren und hochauflösenden Aufnahmen hingewiesen. Der Aufbau eines CT-Scanners wird erläutert, einschließlich der Gantry mit Hochspannungsgenerator, Röntgenröhre, Blendensystem und Detektor. Die Entwicklung von CT-Geräten von der ersten Generation mit translationaler Aufnahmetechnik bis hin zu modernen Geräten der dritten und vierten Generation wird behandelt, wobei die dritte Generation heutzutage am häufigsten verwendet wird.
🌀 Spiral-CT und Mehrdetektor-Technik
In diesem Abschnitt werden die Unterschiede zwischen Einzelschicht- und Spiral-CT-Aufnahmetechniken erklärt. Während Einzelschicht-CT die Aufnahme von Schichten nacheinander und mit manueller Patientenverschiebung beinhaltet, ist Spiral-CT eine kontinuierliche Aufnahmetechnik, bei der der Patienttisch durch die Gantry bewegt wird, während die Röhren- und Detektoreinheit um den Patienten rotiert. Dies ermöglicht schnellere und bewegungsarme Aufnahmen. Die Bedeutung der Anzahl der Detektoren wird hervorgehoben, da moderne CT-Scanner mit vielen parallelen Detektorzeilen (Multi-Detektor-CT) arbeiten, was eine schnellere und hochauflösendere Bildgebung ermöglicht. Es wird auch auf die Bildrekonstruktionstechniken eingegangen, die von gefilterter Rückprojektion bis hin zu iterativer Rekonstruktion reichen.
🌡 Dual-Energie-CT und Spektral-CT
Der letzte Abschnitt behandelt die neuesten Entwicklungen in der CT-Technik, insbesondere Dual-Energie-CT und Spektral-CT. Dual-Energie-CT nutzt unterschiedliche Röhrenspannungen, um Materialien besser voneinander zu unterscheiden und Kontrastmittel in Geweben zu quantifizieren. Es werden verschiedene Methoden zur Aufnahme von Dual-Energie-Bildern diskutiert, einschließlich Rapid-KV-Switching, CT mit zwei verschiedenen Röhren und Spektral-CT mit einem Dual-Layer-Detektor. Diese Technologien ermöglichen eine detailliertere Materialunterscheidung und verbessern die Diagnostik. Die Zukunft dieser Technologien in der klinischen Routine wird als spannend und zukunftsorientiert betrachtet.
Mindmap
Keywords
💡Computertomografie
💡CT Scanner
💡Generationen von CT Scannern
💡Spiral CT
💡Multi Detektor CT
💡Bildrekonstruktion
💡Dual Energy CT
💡Spektral CT
💡Ionisierende Strahlung
💡3D-Darstellung
Highlights
Erklärung der Funktionsweise der Computertomografie (CT).
Unterschied zwischen CT und Projektionsröntgen.
Geschichte der CT-Technik und Entwicklung der ersten Aufnahmen.
Aufbau eines Computertomografen und seine Hauptkomponenten.
Unterschiedliche CT-Scanner-Generationen und ihre Entwicklung.
Techniken der Spiral- und Multi-Detektor-CT.
Bildrekonstruktion und Verfahren wie gefilterte Rückprojektion.
Dual Energy CT und deren Anwendungen.
Technische Möglichkeiten der Dual Energy CT und ihre Hersteller-spezifischen Implementierungen.
Spektral CT und der Einsatz eines Dual Layer Detectors.
Klinische Relevanz und zukünftige Forschungsrichtungen in der Dual Energy Bildgebung.
Die dritte Generation von CT-Scannern als heutzutage am häufigsten verwendete.
Spiral-Technik und Mehrzeilen-Detektoren für schnelle und hochauflösende Volumen-Datensätze.
Neuester Trend in der Computertomografie: Dual Energy Bildgebung.
Zukünftige Potenziale der Dual Energy Techniken für den klinischen Einsatz.
Transcripts
in diesem video zeige ich euch wie die
computertomografie funktioniert welche
generation von ct scannern ist so gibt
und welche neuen entwicklung ist in der
ct technik stichwort spektral ct so gibt
[Musik]
hallo und herzlich willkommen zu diesem
video zum thema wie funktioniert
eigentlich ct in diesem video möchte ich
euch kurz und schmerzlos die technischen
grundlagen für das verständnis der
computertomografie vermitteln
das ganze geht eigentlich relativ
schnell weil die grundlagen wie eine
röntgenröhre funktioniert ja schon im
vorherigen video zu röntgen physik
besprochen worden
sollten diese inhalte euch noch nicht
geläufig sein dann empfehle ich euch
dieses video vorher nochmal anzuschauen
ich verlinke das hier oben und in der
video beschreibung noch mal was wollen
wir uns in diesem video jetzt ansehen
los geht es mit dem unterschied zwischen
ct und projektionswand gehen danach gibt
es einen kurzen ausflug in die
geschichte bevor wir uns mit dem aufbau
eines computertomografen
auseinandersetzen
anschließend erzähle ich etwas zu den
verschiedenen ct scanner generationen
und zu den modernen techniken der spiral
und multi detektor ct und dann ganz
oberflächlich etwas zur bild
rekonstruktion
zum schluss gibt es dann noch ein
bisschen was zum modernen technik der
dual energy ct oder partei kaum was
unterscheidet nun die cd von
projektionswand gehen bei der cd handelt
es sich um ein schnittbild verfahren mit
dem transversale schichten erzeugt
werden
im gegensatz zu den sommer zions bildern
beim projektions röntgen
dadurch lassen sich die organe und
strukturen im körper über lagerungs frei
und letztlich in 3d darstellen das heißt
also die tiefeninformationen die beiden
projektions konnten ja verloren geht
bleibt beim ct erhalten
auch diese schichtaufnahmen werden
mittels röntgen technik das heißt unter
verwendung von ionisierender strahlung
aufgenommen und das ist der große
unterschied zum anderen großen
schnittbild verfahren in der radiologie
der mrt
dazu gibt es dann ein eigenes lehrvideo
die ct technik wurde 1968 von heinz
field und komik entwickelt und die erste
aufnahme eines schädels im jahr 1971
dauerte ungefähr fünf bis zehn minuten
das hier ist eines der ersten bilder des
1973 aufgenommen wurde
und so sieht das ganze heute aus ich
würde sagen da liegen ziemlich welten
dazwischen
heutzutage dauern solche aufnahmen eines
ganzen volumens stadt mehrere minuten
nur noch millisekunden bis sekunden
das ist schon ziemlich faszinierend und
natürlich gab es für die entwicklung
dieser technik auch einen
medizin-nobelpreis und zwar 1979 um cd
aufnahmen von einem patienten machen zu
können wird dieser auf einer liege in
den computertomographen hineingeschoben
das ist keine röhre im eigentlichen sinn
weil die öffnung des ct viel kürzer ist
als beim mrt
trotzdem würde es häufig als röhre
bezeichnet vor allem von patienten
korrekt bezeichnet man diese höhere als
gantry und diese gantry besteht aus
einem hochspannungs generator in der
regel eine röntgenröhre einblenden
system einer kühlung und dem detektor
system entscheidend für die aufnahme von
über lagerungs freien schnittbildern ist
dass es beim ct eine rotierende
röntgenröhre und einen meist ebenfalls
rotierenden detektor gibt diese beiden
einheiten die gegenüber voneinander
angeordnet sind rotieren gemeinsam um
den patienten und durch strahlen so das
gesamte körpervolumen aus verschiedenen
richtungen
bei den cd geräten der ersten generation
den sogenannten translationalen oder
eigentlich wurden weil diese geräte sind
heutzutage gar nicht mehr im einsatz
mit der einheit aus röntgenquelle und
einem einzelnen detektor durch
schrittweises verschieben diese einheit
das ist die translationalen einer
koalitions richtung aufgenommen dann
werden quelle und detektor um einen
kleinen winkel weitergedreht das ist die
rotation um die daten der nächsten
projektion richtung aufzunehmen und das
passiert dann so lange bis die ganze
schicht aus allen winkeln einmal
durchstrahlt wurde und der computer aus
all diesen projektionen die röntgen
dichten für jedes voxel errechnet hat
vor der aufnahme der nächsten schicht
wird der patient dann entlang der
rotationsachse verschoben und das spiel
geht wieder von vorne los bei den
systemen der zweiten generation wurde
mit bis zu zehn quellen und detektoren
die gleichzeitig projektionen aufnehmen
konnte
die aufnahmegeschwindigkeit schon
deutlich erhöht heutzutage arbeiten wir
aber mit geräten der dritten und vierten
generation pro umdrehung werden damit je
nach gerät circa 1000 projektionen
aufgenommen geräte der dritten
generation sind die heutzutage mit
abstand am häufigsten verwendeten ct
geräte und diese werden auch als rot-rot
aids scanner bezeichnet diese geräte
haben einen gegen
bei angeordnetes paar aus röntgenröhre
und mehr zeilen detektor die simultan um
den patienten rotieren die
röntgenstrahlung wird dabei nicht mehr
als nadel strahl wie bei den geräten der
ersten generation noch sondern als
fächer strahl imitiert es gibt
allerdings auch eine andere generation
von cd geräten die der vierten
generation
die haben sich aber bisher nicht so
richtig durchsetzen können
dabei gibt es einen stationären detektor
kanz und nur die röntgenröhre dreht sich
um den patienten mit hilfe der
sogenannten blenden systeme wird der
röntgenstrahl auf eine bestimmte schicht
dicker eingeblendet das nennt man auch
kombination
das kann man am gerät einstellen und
heutzutage meist ziemlich dünne
schichten auf die man dann später
während der bild rekonstruktion wieder
dicker rechnen kann
man unterscheidet zwei aufnahmetechniken
bei der ct die einzel schicht und die
spiral ct wie der name schon sagt wenn
bei der einzel schichtet einzelne
schichten aufgenommen und nach jeder
schicht aufnahme wird der patient tisch
weiter vorgeschoben das dauert natürlich
ziemlich lange und deshalb macht man das
auch heutzutage nicht mehr
die meisten modernen scanner arbeiten
heute mit der spiral technik dabei wird
der patientin tisch kontinuierlich durch
die gantry vorgeschoben während die
röhre und detektor sich um den patienten
bewegen
dabei werden dann auch kontinuierlich
daten also volumen datensatz aufgenommen
aus denen anschließend zum beispiel
unterschiedliche schichtdicken
rekonstruiert werden können
mit hilfe der spiral city ist so eine
untersuchung in nur einem arten anhalter
oder mit den neuesten geräten sogar nur
einem herzschlag möglich was natürlich
bewegungs artefakte durch die atmung
minimiert damit kann man dann auch zum
beispiel die koronararterien
bewegungsfreiheit bilden ein sehr
wichtiger faktor beim ct ist die anzahl
der detektoren
heutzutage werden bei den modernen
geräten ausschließlich detektoren mit
vielen parallel nebeneinander
angeordneten detektor zeilen verwendet
das nennt man dann multi detektor oder
multi slice city also wem die abkürzung
mdc mal über den weg läuft genau das
heißt mdc multi detektor ct die meisten
modernen geräte haben 256 zeilen oder
mehr
vor einigen jahren haben sich die
hersteller eine regelrechte schlacht
darum geliefert wer das system mit den
meisten
textzeilen bauen kann das hat sich
allerdings auch als nicht wirklich
gewinnbringend entpuppt und deshalb
haben andere technische neuerungen in
den vordergrund sich gedrängt und man
kann sich vielleicht vorstellen dass je
mehr detektor zahlen ein gerät hat das
heißt also umso breiter der detektor ist
umso schneller kann man auch die
gewünschte anatomie abdecken
das gerät wird halt einfach viel
schneller außerdem kann man dünnere
schichten aufnehmen und damit eine
isotope auflösung bekommt das bedeutet
man kann hinterher rekonstruktionen in
allen raumrichtungen machen zum beispiel
multiplayer reformation oder 3d
darstellung wie hier die bilder die aus
vielen verschiedenen winkeln in einer
schicht aufgenommen wurden werden
hinterher mittels relativ komplizierter
mathematischer verfahren zu dem
zweidimensionalen bild rekonstruiert das
wir kennen das herkömmliche verfahren
für die rekonstruktion nennt sich
gefilterte rückprojektion neuere
verfahren verwenden iterative
rekonstruktionsarbeiten iterativ heißt
so viel wie schrittweise das genau zu
erklären würde aber zu weit gehen nur
die begriffe sollte man mal einordnen
können wie das dreidimensionale bild des
untersuchten körper volumens am ende
entsteht ist in dem video das ich unten
und hier oben einmal verlinke sehr
anschaulich erklärt neben den normalen
cts der dritten generation die derzeit
auf dem markt sind gibt es seit einigen
jahren eine neue technik die sich
zunehmend etabliert und das ist die so
genannte dual energy c
vielleicht hat der eine oder die andere
das schon mal gehört und was soll das
ganze
es gibt viele interessante anwendungen
die im prinzip alle darauf beruhen durch
die unterschiedlichen kv zahlen
materialien auseinander zu rechnen oder
materialien mit bestimmten
ordnungszahlen wie zum beispiel jod
besser sichtbar zu machen
ihr erinnert euch rogue av bedeutet hohe
röhren spannung und bildet harte
kontraste zum beispiel zwischen luft und
knochen besser abwehren niedrige kv
zahlen also die sogenannte weiche
strahlung unterschieden weichteilen
besser abbildet bzw hier bessere
kontraste erzielt kann die röhre also
beides niedrige und hohe kv zahlen
gleichzeitig abbilden dann bekommt man
in einer aufnahme mehr informationen
sozusagen nach dem motto buy one get one
free und damit kann man dann eben zum
beispiel materialien auseinander rechnen
wie beispielsweise um murat kristalle
sichtbar zu machen oder man kann jod und
damit die kontrastmittel aufnahme in
einem gewebe quantifizieren
das kind hat relativ viele verschiedene
namen die oft durcheinander gebracht
werden weshalb ich die unterschiedlichen
techniken hier kurz erklären möchte es
gibt technisch mehrere möglichkeiten
dual energy bilder aufzunehmen und jede
einzelne der großen hersteller hat dazu
mittlerweile seine eigene bevorzugte
lösung gefunden
zum einen kann man mit einer
röntgenröhre arbeiten bei der dann die
kv zwischen zwei werten nämlich eine
hören und einer niedrigeren schnell hin
und her geschickt werden das nennt man
dann rapid cathy switching eine andere
variante der dual energy ct arbeitet mit
zwei verschiedenen röhren die im 90 grad
winkel zueinander angeordnet sind und
gemeinsam um den patienten rotieren
damit werden dann ebenfalls bilder mit
unterschiedlichen kv zahlen erzeugt und
dann gibt es noch als neueste variante
das spektral ct dieses gerät arbeitet
wieder nur mit einer röntgenröhre hat
aber dafür einen sogenannten dual layer
detector das heißt der detektor
absorbiert unterschiedliche photonen
energien
der vorteil dabei ist dass man die
spektralen bilddaten quasi immer gratis
mit dabei hat und sich nicht wie bei den
anderen beiden techniken vor der
untersuchung dazu entscheiden muss ob
man den dual energy modus nun an
schaltet oder auslässt inwiefern das
jetzt für die klinische routine relevant
wird ist noch eine intensiv beforscht
frage und wird sich in der zukunft
sicher zeigen spannend ist es allemal
fassen wir also noch mal die wichtigsten
punkte ct technik zusammen mit der cd
erhält man eine dreidimensionale
abbildung des körper volumens bei der im
gegensatz zur projektions hat wie die
tiefeninformationen nicht verloren geht
es handelt sich also um einen
schnittbild verfahren welches
ionisierende strahlung verwendet es gibt
unterschiedliche generationen von ct
scannern die heutzutage am meisten
verwendete generation ist die dritte
generation bei der röntgenröhre und
detektor gemeinsam um den patienten
rotieren die modernen ct scanner
arbeiten mittels spiral technik und der
mehr zahlen technik so dass innerhalb
kürzester zeit große und hochaufgelöste
volumen datensätze aufgenommen werde
können der neueste trend in der
computertomografie ist die dual energy
bildgebung die technisch je nach
hersteller unterschiedlich umgesetzt
wird
in der näheren zukunft wird das
potenzial dieser techniken für den
klinischen einsatz vermutlich immer
klarer werden
und damit sind wir am ende und ich
bedanke mich ganz herzlich fürs zuhören
und seen und freue mich wenn wir uns im
nächsten video wiedersehen
[Musik]
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