Radiologie Nuklearmedizinische diagnostische Verfahren

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Abb. 20-24. Szintigraphische Abbildungen der Vorderextremitäten (A und B) und des Beckens (C) beim Pferd. Die von den Radionukliden
emittierte Gammastrahlung ergibt in einem Summationsbild eine Aktivitätsverteilung, die durch eine Farbskala wiedergegeben wird. Aufnahmen Dr. M. Zengerling, München.
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B
C
Abb. 20-25. Szintigraphische Abbildungen der Hinterextremität (A), des Kopfes (B) und des Brustkorbs (C) beim Pferd. Die Farbe rot dokumentiert gegenüber den blauen Farbtönen eine deutlich vermehrte Aktivität in Form von Funktionsstörungen in den dargestellten Knochen.
Aufnahmen Dr. M. Zengerling, München.
Radiologie
Die Radiologie befasst sich als Teilgebiet der Medizin mit der Anwendung ionisierender Strahlen zu diagnostischen, therapeutischen
und wissenschaftlichen Zwecken. Anfänglich wurden in der Radiologie ausschließlich Röntgenstrahlen verwendet. Die Röntgenstrahlung wurde am 8. November 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen im Physikalischen Institut der Universität Würzburg entdeckt
und von ihm als X-Strahlung benannt. Diese Bezeichnung wird bis
heute im anglo-amerikanischen Sprachbereich verwendet (X-rays).
Bereits kurze Zeit später wurden Röntgenstrahlen bei Mensch und
Tier erstmals zur Diagnostik eingesetzt. Neben den Röntgenstrahlen kommt in der medizinischen Diagnostik heute auch andere ionisierende Strahlung, wie beispielsweise die Gammastrahlung (u.a.
bei der Szintigraphie), zur Anwendung.
Zur Radiologie werden als bildgebende Verfahren auch die Magnetresonanztomographie und die Sonographie gerechnet, obwohl
bei beiden keine ionisierenden Strahlen zum Einsatz kommen.
Das Fachgebiet gliedert sich noch weitergehend in die Gebiete
diagnostische Radiologie und Strahlentherapie bzw. interventionelle Radiologie. Die diagnostische Radiologie umfasst die Projektionsradiographie (konventionelle Röntgendiagnostik) und die
Schnittbildverfahren (Röntgen-Computertomographie, Magnetresonanztomographie oder Sonographie). Dabei können je nach klini-
scher Fragestellung zusätzlich Kontrastmittel eingesetzt werden, die
die Darstellung bzw. Abgrenzung bestimmter Strukturen erleichtern
oder Aufschluss über die Funktion eines Organsystems geben.
Als Kontrastmittel in der Projektionsradiographie eignen sich beispielsweise unlösliche Bariumsalze als Aufschwemmung (Verdauungsapparat), lösliche Jodverbindungen (Cavum subarachnoidale,
Harntrakt), Luft (Dickdarm) und Kohlendioxid (Harnblase).
Nuklearmedizinische diagnostische
Verfahren
Bei der Szintigraphie werden mit Radionukliden markierte Stoffe
(sog. Radiopharmaka) appliziert. Die Verteilung dieser Substanzen
im Organismus ist von der chemischen Struktur des Trägerstoffs abhängig. Die zur Markierung verwendeten Radionuklide (meist 99mTechnetium) senden Gammastrahlung aus. Die (veränderliche) Lokalisation dieser Strahlenquelle wird mit einer Gammakamera »von
außen« aufgezeichnet. Hierbei entsteht ein Summationsbild. Mit der
Messeinrichtung ist es auch möglich, Veränderungen der Aktivitätsverteilung im zeitlichen Verlauf darzustellen. Auf diese Weise können
Funktionsstörungen (z.B. von Niere, Schilddrüse und Gelenken) festgestellt und quantifiziert werden (Abb. 20-24 u. 25).
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728 20 Schnittanatomie und bildgebende Verfahren
Septum nasi
Meatus nasi dorsalis
Endoturbinale I
Endoturbinale II
(= Concha nasalis media)
Meatus nasi communis
Endoturbinale III
Maxilla
Endoturbinale IV
Nasopharynx
Palatum durum
Cavum oris proprium
M1
Tubus
Corpus linguae
Vestibulum buccale
M2
Corpus mandibulae
Abb. 20-26. Transversales Computertomogramm (Knochenfenster) durch den Kopf eines Deutschen Schäferhundes in Höhe von M1–M2.
Nuklearmedizinische Schnittbildverfahren – die aus Kostengründen derzeit in der kurativen Veterinärmedizin kaum eingesetzt
werden – sind die Single-Photonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) und die Positronen-Emissions-Computertomographie (PET).
Bei der SPECT rotiert die Messeinrichtung (Einzel- oder Doppeldetektoren) um den Patienten und führt dabei kontinuierliche
Messungen durch. Die Lokalisation der Strahlenquelle kann auf
diese Weise wesentlich genauer bestimmt werden als bei der Szintigraphie. Auch hier ist die Gammastrahlung die eigentliche Quelle
der Information.
Im Unterschied zur SPECT werden bei der PET kurzlebige Radionuklide verwendet, die unter Aussendung von Positronenstrahlung zerfallen. Das Positron tritt unmittelbar nach seiner Freisetzung mit einem Elektron in Wechselwirkung. Beide werden dabei
vernichtet und es entstehen zwei Gammaquanten, die sich in einem
Winkel von 180° voneinander entfernen. Diese Gammastrahlung
trifft jeweils zwei gegenüberliegende Detektorelemente eines Detektorrings, was den Nachweis und die Ortsbestimmung der Positronenemission ermöglicht.
Im Unterschied zu den Verfahren, die Röntgenstrahlung zur Bildgebung nutzen (Röntgenuntersuchung, Computertomographie), sind
bei der Anwendung von Radionukliden umfangreiche Strahlenschutzmaßnahmen erforderlich, die über die Untersuchungszeit hinausgehen. Nicht nur während der Untersuchung des Tieres sind Personen der Strahlung ausgesetzt. Auch die Herstellung und der Transport der Radiopharmaka, die Betreuung der Patienten nach der Untersuchung und die Ausscheidungen des Tieres gehen mit einer Strahlenbelastung für die anwesenden Personen einher.
Röntgendiagnostik
Röntgenstrahlen werden beim Durchtritt durch die Gewebe des Körpers in unterschiedlichem Maße geschwächt. Die Schwächungsunterschiede werden mit Hilfe eines Röntgenfilmes bzw. digitalen
Aufzeichnungssystems in einem Summationsbild sichtbar gemacht.
Im gesunden Organismus können vier Stufen mit zunehmender
Grauwertdichte unterschieden werden:
●
●
●
●
Knochendichte: Knochengewebe, mineralisiertes
Knorpelgewebe;
Weichteil- oder Flüssigkeitsdichte:
parenchymatöse Organe, Muskulatur, Lymphgewebe,
Nervengewebe, alle Körperflüssigkeiten;
Fettdichte: Netz, retroperitoneales Fettgewebe;
Gasdichte: Trachea, Luft in der Lunge,
Gas im Magen-Darm-Trakt.
Eine Abgrenzung von Strukturen ist nur dann möglich, wenn sie
sich in ihrer Röntgendichte unterscheiden und deshalb im Bild einen Grauwertunterschied (Kontrast) aufweisen.
Ein großer Nachteil der Röntgendiagnostik liegt darin, dass alle
Strukturen, die »Weichteil- bzw. Flüssigkeitsdichte« aufweisen, das
gleiche Absorptionsverhalten besitzen. Daher ist es nicht möglich,
z.B. Strukturen innerhalb der Leber (Leberparenchym, Gallengänge, Gallenblase, Gefäße) zu differenzieren. Durch den Einsatz von
Kontrastmitteln kann dieser Nachteil jedoch überall dort, wo dies
»biologisch« möglich ist, wenigstens teilweise ausgeglichen werden. Jodhaltige Kontrastmittel können in Blutgefäße, in die Harn-
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M. temporalis
Os parietale
Ventriculus tertius (III)
Os zygomaticum
Hypophysis
Articulatio temporomandibularis
Os basisphenoidale
Nasopharynx
M. masseter
Mandibula
Tubus
M. digastricus
A. und V. lingualis
A. und V. sublingualis
Abb. 20-27. Transversales Computertomogramm (Weichteilfenster) durch den Kopf eines Hundes in Höhe des Kiefergelenks.
blase oder in den Subarachnoidalraum injiziert werden. Eine Bariumsulfatsuspension kann zur Darstellung des Magen-Darm-Trakts
genutzt werden.
Computertomographie (CT)
Die Computertomographie basiert wie die Projektionsradiographie
auf der Darstellung von Absorptionsunterschieden der Röntgenstrahlung. Mit Hilfe eines fächerförmigen Röntgenstrahls findet
während des Umlaufs der Röntgenröhre um den Patienten (Umlaufzeiten bei modernen Geräten weniger als 1 s) durch die Detektoreinheit eine kontinuierliche Dosismessung statt. Aus den Messwerten werden dann für jedes einzelne Voxel (Volumenelement) die
Grauwerte (Schwächungskoeffizienten) errechnet. Die Darstellung
im Schnittbild erlaubt damit eine sehr gute räumliche Orientierung
(Abb. 20-26 bis 29).
Mit modernen Geräten und modifizierten Verfahren (Spiral-CT,
Mehrschichttechnik) ist es möglich, Schichtdicken unter 1 mm (hohe Ortsauflösung) innerhalb kurzer Untersuchungszeiten zu erzielen. Damit wird es möglich, kaum merkliche Veränderungen räumlich und zeitlich aufzulösen.
Da die Bildqualität (Kontrastauflösung, Ortsauflösung, SignalRausch-Verhältnis, Auftreten von Artefakten) mit der Geräteeinstellung variiert, ist es notwendig, spezifische Untersuchungsprotokolle in
Abhängigkeit von den Kontrastmerkmalen und Dimensionen der zu
untersuchenden Region und der erwarteten Zielstruktur zu erstellen.
Die gezielte Anwendung von Nachbearbeitungsalgorithmen
dient dazu, den Informationsgehalt des aufgezeichneten Datensatzes umfassend zu nutzen. Mit Hilfe der multiplanaren Reformation
(MPR) ist es möglich, aus den transversalen Datensätzen beliebig
orientierte weitere Schnittebenen (dorsal, sagittal, schräg, kurvig)
und/oder Volumendatensätze (3-D) zu errechnen. Die Darstellung
knöcherner Strukturen wird damit erleichtert. Die 3-D-Darstellung
und nachfolgende Bearbeitung der dreidimensionalen Datensätze
(»volume rendering«) vereinfachen auch die topographische Zuordnung (Abb. 20-30 bis 34).
Im Unterschied zur Projektionsradiographie können auch geringe Schwächungsdifferenzen im Bild wiedergegeben werden. Knochen, mineralisierte Strukturen, Metalle und Gase sind aufgrund
des zu ihrer weichteildichten Umgebung deutlich abweichenden
Absorptionsverhaltens sehr gut beschreibbar. Darüber hinaus können auch »Weichteile« (Muskulatur, Haut, Lymphknoten, Parenchym, Rückenmark) im Schnittbild differenziert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass diese Strukturen von Fettgewebe umgeben
sind. Auch bei der CT können Kontrastmittel appliziert werden,
um die Abgrenzung von Geweben zu verbessern.
Die Einsatzgebiete der Computertomographie sind vielfältig.
Besonders in Regionen mit großen Schwächungsunterschieden ist
das Potenzial dieses Verfahrens sehr hoch; dies gilt z.B. für:
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●
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Thorax: Lunge, Mediastinum,
Kopf: Nasenhöhle, Nasennebenhöhlen, Ohren,
Gefäße,
Skelett und Gelenke sowie
Abdomen.
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730 20 Schnittanatomie und bildgebende Verfahren
Tentorium cerebelli osseum
Pars petrosa des Os temporale
Meatus acusticus cartilagineus
Meatus acusticus externus osseus
Cochlea
Bulla tympanica
laterale Luftsackbucht
M. longus capitis
Plica neurovasculosa
Stylohyoideum
Scheidewand zwischen den Lufsäcken
mediale Luftsackbucht
Tubus
Abb. 20-28. Transversales Computertomogramm (Knochenfenster) durch den Kopf eines Pferdes in Höhe der Luftsäcke.
Einschränkungen ergeben sich durch die Strahlenexposition sowie
durch Artefakte (Metalle, Bewegung). Die computertomographische Untersuchung von Tieren muss im Gegensatz zur Röntgenoder Ultraschalluntersuchung immer unter Allgemeinanästhesie erfolgen.
Magnetresonanztomographie (MRT)
Eine Alternative zur Computertomographie stellt die Magnetresonanztomographie dar, auch Kernspintomographie genannt. Die
Vorteile dieses Verfahrens gegenüber der CT sind, dass es zu keiner
Strahlenbelastung kommt, da ohne Röntgenstrahlung gearbeitet
wird, und Organe und Gewebe auch ohne Kontrastmittel mit hohem
Weichteilkontrast abgebildet werden können. Nachteile sind demgegenüber der höhere Anschaffungs- und Wartungspreis der MRTGeräte und die längeren Untersuchungszeiten (Abb. 20-2, 4, 9, 18,
19, 36, 38 bis 40).
Bei der Magnetresonanztomographie beruht die Signalgebung
auf Wechselwirkungen, die Protonen (Atomkerne des Wasserstoffs) mit einem starken Magnetfeld und Hochfrequenzimpulsen
eingehen.
Kontraste in der MRT basieren auf der Wiedergabe des unterschiedlichen Wasserstoffgehaltes der Gewebe (»Protonenimaging«). Da sehr geringe Unterschiede gemessen werden können, ist
die MRT für die Diagnostik von Weichteilveränderungen besonders geeignet.
Durch die Änderung der Geräteparameter kann man zudem unterschiedliche Gewebegewichtungen erzielen:
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●
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T1-gewichtete Bilder (T1),
T2-gewichtete Bilder (T2),
Protonendichte-gewichtete Bilder (PDW).
Mit Hilfe spezieller Sequenzen kann außerdem das Signal bestimmter Gewebe (Fett, Liquor) selektiv unterdrückt werden.
Die Untersuchung besteht aus einer Kombination von geeigneten Sequenzen (Impulsfolgen) in unterschiedlicher Orientierung der
Schnittebenen. Hierdurch kann der »Charakter« der Gewebe (Normalgewebe, Entzündung, Tumor) beschrieben werden.
Die Messzeit pro Sequenz beträgt durchschnittlich 3–5 min.
Daraus ergeben sich Untersuchungszeiten von etwa 20–45 min für
eine Region.
Kontrastmittel (Gadolinium) verändern im Gewebe – z.B. in
einem Tumor – das Relaxationsverhalten der Spins und erlauben somit eine Abgrenzung vom umgebenden Gewebe. Gadolinium-Atome verfügen über ein lokales Magnetfeld, das die Protonen in der
unmittelbaren Umgebung zur Abgabe eines stärkeren Signals veranlasst (»Positivkontrastmittel«). Es gibt auch »Negativkontrastmittel« (Eisenoxidnanopartikel). Auch bei der Magnetresonanztomographie bestehen gegenseitige Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Parametern der Abbildungsgüte. Um eine der klinischen Fragestellung entsprechende Darstellung zu erzielen, sind daher vor
dem Hintergrund der Abbildungsmerkmale von Region und erwarteter Läsion Anpassungen der Parameter zu treffen. Das Potenzial
bei der Wiedergabe von Weichteilkontrasten macht die Magnetresonanztomographie besonders interessant für die Diagnostik von: