10 Bildgebende Verfahren, S trahlenbehandlung

10 Bildgebende Verfahren,
­Strahlenbehandlung, ­Strahlenschutz
N. Paquet
10.1 Bildgebende Verfahren –298
10.1.1 Grundlagen –298
10.1.2 Organsystembezogene ­bildgebende Verfahren –303
10.1.3 Interventionelle Verfahren –349
10.2 Strahlenbehandlung –355
10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.2.4
10.2.5
10.2.6
Grundlagen der Strahlenbiologie –355
Strahlensensibilität der Zellen und Organe –355
Strahlenschäden –355
Prinzipien der Strahlentherapie –356
Anwendung bei benignen Erkrankungen, Schmerztherapie –357
Nuklearmedizinische Radioiodtherapie –357
10.3 Strahlenschutz –357
10.3.1 Strahlenrisiko –358
10.3.2 Strahlenschutz in der Medizin –358
10.3.3 Besonderheiten bei Schwangeren, im Kindesalter –358
298
Kapitel 10 · Bildgebende Verfahren, ­Strahlenbehandlung, ­Strahlenschutz
Über 100 Jahre nach Entdeckung der Röntgenstrahlen
entwickelt sich dieses Teilgebiet der Medizin nach wie
vor rasant und umfasst alle bildgebenden Verfahren zu
diagnostischen und therapeutischen Zwecken.
10.1
10.1.1 Bildgebende Verfahren
Grundlagen
10.1.1.1 Strahlenphysik
Ionisierende Strahlung wird unterschieden in Teilchenstrahlung und Wellenstrahlung. Teilchenstrahlung
hat eine Ladung und Masse, Wellenstrahlung hat keine
Masse und keine Ladung (. Tab. 10.1).
Eigenschaften der Röntgenstrahlung sind:
4 Schwächungseffekt (Intensitätsabnahme)
4 Photographischer Effekt (Schwärzung von Filmen)
4 Ionisationseffekt (Ladungserzeugung)
4 Luminiszenzeffekt (Anregung von Leuchtstoffen)
4 Biologischer Effekt (Strahlenschutz)
4 Halbleitereffekt (Nachweis von Strahlung)
10
Schwächung von Röntgenstrahlung erfolgt durch:
4 Streuung
5 Klassische Streuung
5 Compton-Effekt (ein Photon wird gestreut): im
menschlichen Gewebe der dominierende Prozess, dominierende biologische Strahlenwirkung (. Abb. 10.1)
4 Absorption
5 Photoeffekt (ein Photon wird absorbiert): abhängig von der Ordnungszahl, z. B. Bleischutz
10.1.1.2 Konventionelle Röntgendiagnostik
Zu den Kenngrößen des Röntgenbildes zählen:
4 Optische Dichte
4 Auflösungsvermögen
4 Bildkontrast
4 Bildrauschen
4 Bildempfängerdosis
. Tab. 10.1. Ionisierende Strahlung
Teilchenstrahlung
Wellenstrahlung
Elektronenstrahlung
Röntgenstrahlung
Betastrahlung (β): Elektron/­
Positron
Gammastrahlung
(γ)
Alphastrahlung (α): doppelt
positiv geladene Heliumkerne
Protonenstrahlung
Neutronenstrahlung
rung, . Abb. 10.2). Durch eine angelegte Röhrenspannung fließen hochenergetische Elektronen von der
Kathode zur Anode, Interaktion auf atomarer Ebene
führt zur Emission von Röntgenstrahlen. Die beschleunigten Elektronen werden im Anodenmaterial
gebremst, deshalb wird die Röntgenstrahlung auch
Bremsstrahlung genannt.
Bei der Projektionsdarstellung mittels Röntgenstrahlung (Projektionsradiographie) wird der zu untersuchende Körperteil des Patienten aus einer Richtung mit Röntgenstrahlung durchstrahlt. Auf der Ge-
. Abb. 10.1. Compton-Effekt
Qualitätsparameter sind:
4 Rechtfertigende Indikation
4 Standard Projektion
4 Einblendung
4 Filter (Reduktion der Streustrahlung, Aufhärtung
der Strahlung)
4 Film Fokus Abstand
4 Streustrahlenraster, Belichtungsautomatik
Die Röntgenröhre ist eine Hochvakuumröhre mit einer Glühkathode und einer Anode (Wolfram-Legie-
. Abb. 10.2. Aufbau der Röntgenröhre
10
299
10.1 · Bildgebende Verfahren
genseite wird die abgeschwächte Strahlung mittels Film
in ein Bild umgewandelt. Gewebe hoher Dichte (z. B.
Knochen) schwächen die Röntgenstrahlen mehr als
Gewebe niedriger Dichte (z. B. Lunge).
10.1.1.3 Durchleuchtung
Durchleuchtung ist die kontinuierliche Betrachtung
von Abläufen im Körper des Menschen mittels Röntgenstrahlung.
Anwendungsgebiete sind:
4 Kolonkontrasteinlauf
4 Ösophagusbreischluck
4 Magen-Darm-Passage
4 Dünndarmdarstellung nach Sellink
4 Tränenwegsdarstellung
4 Intraoperative Darstellung (Achsstellung von Knochenbrüchen, Protheseneinbau)
4 Defäkographie
4 Fistulographie
Als Kontrastmittel werden verwandt:
4 Jodhaltiges Kontrastmittel: Monokontrast, wasserlöslich
4 Bariumsulfathaltige Suspension: Doppelkontrast,
wasserunlöslich
4 Gastrografin
10.1.1.4 Computertomographie
Die Computertomographie (CT) ermöglicht die Schnittbilddarstellung des Körpers in dünnen Schichten mittels
Röntgenstrahlung. Minimale Dichteunterschiede des
Körpers werden mit Hilfe aus verschiedenen Richtungen
aufgenommener Röntgenaufnahmen dreidimensional
bildlich dargestellt. Die jeweilige Dichte (physikalisch
genauer der jeweilige Schwächungskoeffizient) wird in
der CT in Grauwerten wiedergegeben und auf der
Hounsfield-Skala (HE, . Tab. 10.2) dargestellt.
. Tab. 10.2. HE-Dichte
Knochenkompakta
250–1000 HE
Knochenspongiosa
30–230 HE
Leber
60–70 HE
Pankreas
30–50 HE
Niere
20–40 HE
Wasser
0 HE
Fettgewebe
–65 bis –100 HE (minus!)
Blut (geronnen)
Etwa 80 HE
Als Kontrastmittel wird intravenös oder oral bzw.
rektal appliziertes Jod verwandt. Die Aussagekraft der
Untersuchung wird dadurch wesentlich erhöht.
Kontraindikationen jodhaltiger CT-Kontrastmittel sind:
4 Jodallergie
4 Hyperthyreose
4 Nephropathie
4 Metforminhaltige Medikamente
10.1.1.5 Magnetresonanztomographie
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bild­
gebendes strahlenfreies Verfahren zur Darstellung von
Strukturen des Körpers mittels Schnittbildern basierend auf der Kernspinresonanz von Atomkernen in
­einem Magnetfeld. Die unterschiedlichen Körperge­
webe werden durch starke Magnetfelder angeregt und
die Molekülbewegungen über Computer gemessen
(. Tab. 10.3, . Abb. 10.3).
Kontraindikationen bestehen bei:
4 Herzschrittmacher
4 Granatsplitter
4 Cochleaimplantat
4 Magnetische Gefäßclips
4 Schwangerschaft (relative Kontraindikation, vitale
Indikation für Mutter oder Kind notwendig)
4 Implantierte Insulinpumpen
4 Platzangst
. Tab. 10.3. Magnetresonanzverhalten verschiedener
Gewebe
Signalintensität
T1-Wichtung
T2-Wichtung
Knochen
Schwarz
Schwarz
Fett
Weiß
Hellgrau
Muskel
Mittelgrau
Dunkelgrau
Flüssigkeit
­( Wasser)
Dunkelgrau
Weiß
Knorpel
Weiß
Dunkelgrau
Arterie
Dunkelgrau
Dunkelgrau
Vene
Mittelgrau
Weiß
Knochenmark:
Fettmark
Weiß
Hellgrau
Knochenmark:
Infiltration
Dunkelgrau
Variabel
300
Kapitel 10 · Bildgebende Verfahren, ­Strahlenbehandlung, ­Strahlenschutz
. Abb. 10.3. T1- und T2-Wichtung am Beispiel des Kniegelenkes
Als Kontrastmittel werden verwandt:
4 Gadolinium (paramagnetisch)
4 Mangan (Leberkontrastmittel)
4 Wasser
10
10.1.1.6 Nuklearmedizin
Szintigraphie
Die Szintigraphie ist ein bildgebendes Verfahren bei
dem sich im Untersuchungsorgan radioaktiv markierte
Stoffe (Gammastrahler) anreichern, die mittels einer
Gammakamera als Szintigramm abgebildet werden.
Lunge
Erfassung von Gammastrahlung nach i.v. Applikation
oder Inhalation von Radiopharmaka (. Abb. 10.4):
4 Perfusionsszintigraphie
5 Radiopharmakon: 99mTechnetium
5 Sensitivität für verschlossene Gefäße: ca. 90%
4 Ventilationsszintigraphie
5 Radiopharmaka: 133Xenon, 81Krypton, 99mTechnetium
5 Sichtbarmachung eines Ventilationsdefektes
Knochen
Die Mehrphasen-Skelettszintigraphie unterteilt sich in:
4 Perfusionsphase (Scans direkt nach Injektion)
4 Blutpoolphase (Aufnahmen nach 2–5 min)
4 Spätaufnahmen (Mineralisationsphase; Bilder nach
2– 5 h, evtl. zusätzlich nach 24 h)
Als Tracer (künstlich hergestelltes, radioaktives Medikament, das nach Applikation in den menschlichen
Körper Stoffwechselprozesse sichtbar macht) dient z. B.
Bisphosphonat, markiert mit 99mTechnetium.
Anwendungsgebiete sind:
4 Tumoren
4 Knochenmetastasen (. Abb. 10.5)
. Abb. 10.4. Perfusions-/Ventilationsszintigraphie bei Lungenembolie
10.1 · Bildgebende Verfahren
301
10
. Abb. 10.5. Knochenszintigraphie einer Skelettmetastase
4
4
4
4
4
4
Frakturen
Arthritis
Osteomyelitis
Avaskuläre Osteonekrose
Morbus Sudeck
Knocheninfarkt
Schilddrüse
Indikationen sind:
4 Differenzialdiagnose tastbarer Knoten oder sonographisch sichtbarer Raumforderungen
4 Morbus Basedow
4 Funktionelle Autonomie
4 Nachweis und Lokalisation von dystopen Schilddrüsengewebe
4 Differenzialdiagnose Restgewebe/Lokalrezidiv bei
differenzierten Schilddrüsenkarzinom
Anwendungsgebiete sind:
4 Schilddrüsenkarzinomrezidiv
4 Differenzialdiagnose chronische Pankreatitis/Pankreaskarzinom
4 Lymphknotenstaging und Fernmetastasen bei Ösophaguskarzinomen
4 Metastasen bei unbekanntem Primärtumor (CUPSyndrom, »cancer of unknown primary«)
4 Lymphknotenstaging und Rezidivdiagnostik bei
Kopf-Hals-Tumoren
4 Malignes Melanom
Als Tracer verwandt werden:
4 99mTc-Pertechnetat
4 123J-Jodid (nur bei speziellen Fragestellungen)
Positronenemissionstomographie (PET)
Die Positronenemissionstomographie (PET) basiert
auf der Bildgebung einer inkorporierten radioaktiv
markierten Substanz und deren Stoffwechsel. Im Gegensatz zur herkömmlichen Szintigraphie verwendet
die PET Nuklide, die Positronen emittieren. Tumoren
und/oder Metastasen haben einen erhöhten Stoffwechsel und grenzen sich so im tomographischen Bild vom
gesunden Gewebe ab (. Abb. 10.6).
. Abb. 10.6. PET einer Lymphknotenmetastase bei Bronchialkarzinom
302
Kapitel 10 · Bildgebende Verfahren, ­Strahlenbehandlung, ­Strahlenschutz
Single-Photonen-Emissionscomputertomo­
graphie (SPECT)
Die Single-Photonen-Emissionscomputertomographie
(SPECT) basiert als bildgebendes Verfahren auch auf
der Verteilung eines Radiopharmakons. Mittels der
Szintigraphietechnik wird jedoch eine dreidimensionale Darstellung entwickelt. Als Tracer dient z. B. 99mTechnetium. Beurteilt werden können die Funktionen verschiedener Organe, z. B. Stoffwechselvorgänge.
Anwendungsgebiete sind:
4 Herz: Perfusion des Myokards
4 Knochen: Entzündungen, Knochenmetastasen, Tumoren
4 Gehirn: M. Alzheimer, M. Parkinson, Phäochromozytom
10.1.1.7 Sonographie
Die Sonographie verwendet zur Darstellung Ultraschall, wobei energiereiche Schallwellen durch Körpergewebe, Arterien, Venen und Knochen in unterschiedlicher Art reflektiert werden (. Abb. 10.7).
10
>Bei der Sonographie entsteht keine Strahlenbelastung.
Brightness modulation (B-Mode)
Bei diesem Verfahren wird die Information der Echointensität in ein Helligkeitssignal umgewandelt. Die Amplitude des Echos bestimmt den Grauwert eines Pixels
auf dem Monitor.
. Abb. 10.7. Sonographie am Beispiel der Cholezystolithiasis
Farbduplex
Gemessen wird die Fließgeschwindigkeit des Blutflusses mit Hilfe eines Dopplereffektes.
!Cave
Die Farbe gibt die Richtung des Blutflusses an und
nicht, ob es sich bei dem Gefäß um eine Arterie oder
Vene handelt.
10.1.1.8 Kontrastmittel
Röntgen. Verwandt werden:
4 Bariumsulfat (7 Kap. 10.1.1.3)
4 Jod, z. B. Ausscheidungsurographie, Phlebographie,
Arteriographie
4 Gastrografin
CT. Verwandt wird Jod, intravenös oder oral/rektal ap-
pliziert. Die Aussagekraft der Untersuchung erhöht sich
dadurch wesentlich. Kontraindikationen jodhaltiger
CT-Kontrastmittel sind:
4 Jodallergie
4 Hyperthyreose
4 Nephropathie
4 Metforminhaltige Medikamente
MRT. Verwandt werden:
4 Gadolinium (paramagnetisch)
4 Mangan (Leberkontrastmittel)
4 Wasser
10.1 · Bildgebende Verfahren
10.1.2
Organsystembezogene
­bildgebende Verfahren
10.1.2.1 Bewegungsapparat
Wirbelsäule
Bandscheibenvorfall
Typische Befunde:
4 CT/MRT
5 Vorwölbung von Bandscheibenmaterial über die
Wirbelkörperhinterkante; bei Bandscheibenprotusion <5 mm, bei Bandscheibenvorfall >5 mm
5 Lokalisation: median, mediolateral, lateral bis
intraforaminär
5 Kontakt bzw. Perlottierung des Duralsacks
5 Nach kranial oder kaudal umgeschlagener Sequester
5 Kontakt zur Nervenwurzel, Verlagerung der
Nervenwurzel, Anhebung der Nervenwurzel
5 MRT Methode der Wahl
Wirbelkörperfraktur
Unterschieden werden:
4 Kompressionsfraktur, Sinterungsfraktur, Impressionsfraktur
4 Berstungsfraktur (. Abb. 10.8)
4 Luxationsfraktur
4 Distraktionsfraktur
Typische Befunde:
4 Röntgen
5 Frakturspalt
5 Wirbelkörperhöhenminderung
4 CT
5 Frakturspalt
5 3D-Darstellung der Fraktur
5 Paravertebrales Hämatom
. Abb. 10.8. Wirbelkörper-Berstungsfraktur
303
10
4 MRT
5 Knochenmarködem in wassergewichteten Sequenzen
5 Frakturlinie bei T1-Wichtung
5 Eventuelle Myelonkompression
5 Intraspinale Blutung
Extremitäten
Distale Radiusfraktur
Unterschieden werden:
4 Monteggia: proximale Ulnafraktur und luxiertes
Radiusköpfchen
4 Galeazzi: Radiusfraktur im distalen Drittel und luxiertes Ulnaköpfchen
4 Smith: distale Radiusköpfchenfraktur loco typico,
nach palmar abgekippt
4 Colles: distale Radiusköpfchenfraktur loco typico,
nach dorsal abgekippt (. Abb. 10.9)
Typische Befunde:
4 Röntgen
5 Frakturspalt
4 CT
5 Frakturspalt
5 3D-Darstellung der Fraktur
4 MRT
5 Knochenmarködem in wassergewichteten Sequenzen
5 Frakturlinie bei T1-Wichtung
5 Weichteilhämatom
Kahnbeinfraktur
Die Kahnbeinfraktur ist am häufigsten in der Taille des
Os scaphoideum lokalisiert (. Abb. 10.10). Bei unklarem Befund muss die Röntgenaufnahme nach 2 Wochen wiederholt werden, alternativ eine MRT bzw. Szintigraphie durchgeführt werden.
Typische Befunde:
4 Röntgen
5 Frakturspalt
4 CT
5 Frakturspalt
5 3D-Darstellung der Fraktur
4 MRT
5 Knochenmarködem in wassergewichteten Sequenzen
5 Frakturlinie bei T1-Wichtung
5 Avaskuläre Nekrose
4 Szintigraphie
5 Nuklidanreicherung im Os scaphoideum
304
Kapitel 10 · Bildgebende Verfahren, ­Strahlenbehandlung, ­Strahlenschutz
. Abb. 10.9. Extraartikuläre CollesFraktur
10
– Typ I: <30°
– Typ II: 30°–70°, häufig 50°
– Typ III: >70°
5 Mögliche Komplikationen sind:
– Sekundäre Koxarthrose
– Hüftkopfnekrose
– Pseudarthrose
4 Laterale Schenkelhalsfraktur
5 Frakturspalt extraartikulär nahe des Trochantermassivs
5 Typische Befunde
– Röntgen: Frakturverlauf, Stellung/Achse
– CT: bei unklarem Röntgenbefund, zur Operationsplanung, Bestimmung der freien
Fragmente bei Trümmerbrüchen
. Abb. 10.10. Skaphoidfraktur
Schenkelhalsfraktur
Unterschieden werden:
4 Mediale Schenkelhalsfraktur:
5 Frakturspalt intraartikulär
5 Pauwels-Klassifikation
– Entsprechend dem Winkel der Frakturlinie
bezogen auf die Femurkopf-Horizontale
Tibiakopffraktur
Typische Befunde:
4 Röntgen
5 Frakturverlauf
5 Absenkung des Tibiaplateaus
5 Gelenkerguss
4 CT
5 Bei unklarem Röntgenbefund
5 Zur Operationsplanung
5 Knöcherner Bandausriss
5 Bestimmung der freien Fragmente bei Trümmerbrüchen
305
10.1 · Bildgebende Verfahren
Kalkaneusfraktur
Ursachen können sein:
4 Autounfall
4 Sturz aus großer Höhe
4 Stressfraktur bei Sportlern
Typische Befunde:
4 Röntgen
5 Abflachung des Tuber-Gelenk-Winkels (Böhler-Winkel)
5 Frakturlinie
4 CT
5 Bestimmung des Frakturtyps und der freien
Fragmente bei Trümmerbrüchen
5 Beteiligte Gelenke
4 MRT
5 Bei unklaren Röntgen-/CT-Befunden
5 Deutlich sichtbares Knochenmarködem
Stress-/Ermüdungsbruch
Typische Befunde:
4 MRT
5 Methode der Wahl (. Abb. 10.11)
5 Periostale Reaktion mit Knochenmark­
ödem bei T2-Wichtung/wassergewichteter
Sequenz
5 Hypointense Frakturlinie, sichtbar in allen Sequenzen
4 Szintigraphie
5 Hohe Sensitivität
5 Vermehrte Traceraufnahme in der Fraktur­
region
4 Röntgen/CT
5 Niedrige Sensitivität (bis zu 3/4 der Frakturen
werden nicht entdeckt)
5 Unterbrechung der Balkenstruktur der Spongiosa
5 Periostreaktion
5 Kallusbildung und Sklerose (erst in späten Stadien sichtbar)
Knochentumoren
Unterschieden werden nach der Lodwick-Klassifika­
tion, einer morphologischen Einteilung von Osteo­
lysen im Röntgen korrellierend zum Agressivitätsgrad
(. Tab. 10.4):
4 I A: geographisch mit Randsklerose
4 I B: geographisch ohne Randsklerose/mit Kortikalisvorwölbung
4 I C: geographisch mit Kortikalispenetration
4 II: mottenfraßartig
4 III: permeativ
. Abb. 10.11. Tibiaplateaustressfraktur: parallel zum Gelenkspalt verlaufende Linie
. Tab. 10.4. Knochentumoren
Typ
Benigne
Maligne
Osteogen
Osteom, Osteid-Osteom
Osteosarkom
Chondrogen
Chondrom, ­Osteochondrom
Chondrosarkom
Medullogen
10
Ewing-­Sarkom, Myelom
1.2 · Medizinische Biometrie
. Abb. 1.2. Mindmap Studientypen
Mindmaps von A. Dospil, 86929 Greifenberg
13
1
http://www.springer.com/978-3-540-46357-3