Radiologie / Strahlenschutz
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Radiologie / Strahlenschutz Strahlenbiologische Grundlagen der Radioonkologie Die sicherste und gesündeste Methode zur Entfernung eines Tumors ist die Operation, allerdings gibt es immer relativ viele inoperable Tumoren. Eine OP wird häufig von einer Strahlen- oder Chemotherapie begleitet, um Rezidive zu verhindern oder -mindern. Die Chemotherapie ist eine im Vergleich zur Strahlentherapie sehr unwirksame Methode, kann dafür aber auch bei vielen Metastasen eingesetzt werden, die Strahlentherapie muss immer ein bestimmtes, begrenztes Ziel haben. Direkter und indirekter Effekt: Der direkte Effekt besteht einfach daraus, dass die genomische DNA direkt von der Strahlung ionisiert wird, was zum Chromosomenbruch führt. Der indirekte Effekt beruht auf Wasser- und anderen Molekülen, aus denen sich unter Bestrahlung Radikale und Peroxide abspalten, die dann zum Chromosomenbruch in der DNA führen. Dieser Chromosomenbruch kann bei genügend starker Schädigung zum Zelltod führen, andererseits aber auch zu somatischen und Keimzellmutationen oder zur Umwandlung der Zelle in eine Krebszelle. Wirkprinzipien ionisierender Strahlung: Nach dem Prinzip der stochastischen Wirkung steigt die Anzahl der Mutationen linear mit der Strahlung, nach dem der deterministischen Wirkung steigt die Zahl der pathologischen Änderungen erst ab einer bestimmten Schwellendosis, dann aber exponentiell mit der Strahlendosis. Man versucht also, genau diese Schwellendosis für das gesunde Gewebe zu erwischen. DNA-Schäden durch ionisierende Strahlung: - Einzelstrangbrüche (ESB) - Doppelstrangbrüche (DSB) - Thymin-Basenveränderungen: 5-Hydroxy-6-hydroperoxy-thymin, H-Abstraktion an der CH3-Gruppe - denaturierte Bereiche - Basenverlust - intramolekulare Vernetzungen - DNA-Protein-Vernetzungen Anzahl der DNA-Schäden pro Gy ionisierende Strahlung: Schaden pro Gy, pro Zelle Doppelstrangbrüche ca. 40 Einzelstrangbrüche ca. 1.000 Basenschäden ca. 3.000 DNA-Protein-Verknüpfungen ca. 150 DNA-DNA-Verknüpfungen ca. 30 Reparatur-Mechanismen für DNA-Schäden: - Nucleotid-Exzisions-Reparatur (NER) - Basen-Exzisions-Reparatur (BER) Mit diesen zwei Reparaturmechanismen wird jeder Schaden außer dem Doppelstrangbruch vollständig innerhalb von 6h, in Ausnahmefällen 12h, repariert. - Homologe Rekombination (HR) - Nicht-homologes End-joining (NHEJ) Chromosomenschäden = Chromosomenaberrationen: Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Doppelstrangbrüche falsch repariert werden können: Entweder verbinden sich die jeweils falschen Enden mit dem Rest des Chromosoms (Translokation), oder es wird das homologe Chromosom mit dem Ende verbunden anstatt den freien (abgebrochenen) Endstücken, was zu dizentrischen Chromosomen führt. Die Zelle wird in beiden Fällen absterben, da die Schäden an der DNA dann irreversibel sind. Reparatur der DNA-Doppelstrangbrüche: Hauptsächlich werden solche Doppelstrangbrüche über das nicht-homologe end-joining repariert; die offenen Enden werden einfach miteinander verklebt. Dem Enzymkomplex ist es allerdings egal, welche DNA-Enden, d.h. manchmal verklebt er einfach die falschen Enden (s.o.). Beim Verlust dieses Mechanismus erhöht sich die Radiosensitivität dramatisch. Der Nebenweg, über den weniger Doppelstrangbrüche repariert werden, ist die homologe Rekombination. Durch den Verlust dieses Mechanismus erhöht sich die Radiosensitivität nur minimal. Da 90-95% der menschlichen DNA eigentlich für nichts kodieren, macht es nichts aus, wenn an diesen Stellen verschiedene Fragmente miteinander verschmolzen werden; außer es bilden sich dizentrische oder azentrische Fragmente. Strahlenempfindlichkeit: hohe Strahlenempfindlichkeit: mittlere Strahlenempfindlichkeit: geringe Strahlenempfindlichkeit: relative Strahlenresistenz: Blutbildendes und lymphatisches Zellsystem, Intestinalepithelien, Augenlinse Haut, Auge Lunge, Leber, Niere Herz, Nervensystem, Bindewegebe Außerdem sind Zellen in der S-Phase die resistentesten Zellen, also Zellen in der Phase der DNA-Replikation. Das liegt daran, dass während dieser DNA-Replikation die DNA sowieso schon ständig überprüft und korrigiert wird. Mittelempfindlich sind Zellen in der G1-Phase, also in einer relativen Ruhephase, in der sich die meisten Körperzellen befinden. Am empfindlichsten auf Strahlung reagieren Zellen in der M-Phase, also direkt im Stadium der Zellteilung. Da sich Tumorzellen überdurchschnittlichen häufig in der M-Phase befinden, sind sie im Allgemeinen strahlenempfindlicher als gesunde Körperzellen. Therapie eines Tumors mit fraktionierter Bestrahlung: Einzelfraktion: 1,5 - 2Gy (hängt vom Tumortyp ab). Wenn man mit weniger bestrahlt, bleibt man für alle Zellen im sublethalen Bereich und hat keinen Effekt. Man gibt ca. 25 bis 35 Fraktionen, d.h. Gesamtdosis zwischen 37,5 und 70Gy. Täglich bzw. 5x pro Woche wird eine Fraktion gegeben, der Therapiezeitraum beträgt also 5-7 Wochen. Ein Tumor mit 1012 Zellen wird durch etwa 28 Fraktionen unter die rechnerische Grenze von einer Zelle gebracht. Schaut man sich das Normalgewebe im bestrahlten Bereich an, so bleiben davon rechnerisch (wenn man von 108 Zellen anfangs ausgeht) nach 28 Fraktionen noch 1,9 • 104 Zellen übrig. Wenn man allerdings einen Tumor hat, der aus relativ strahlenresistentem Gewebe besteht, ist dieses therapeutische Fenster einfach zu klein, so dass man die Strahlentherapie nicht einsetzen kann, da der Körper dadurch zu stark belastet würde, wenn man den Tumor damit effektiv inaktivieren will. Zellen unter Hypoxie werden entscheidend strahlenresistenter, da der indirekte Effekt nicht mehr wirkt. Das Problem ist, dass das Zentrum eines Tumors normalerweise minderversorgt ist, damit also hypoxisch und in der G1-Phase. Man erwischt also das Zentrum mit der Strahlentherapie nicht. Auch ein Grund für die fraktionierte Bestrahlung: Nach jeder Bestrahlung verringert sich der Durchmesser des Tumors, so dass immer eine etwas größerer Teil des vorher hypoxischen Kerns „oxygeniert“ wird und damit strahlenresistent. Ein weiterer Zusammenhang besteht zwischen Tumorvolumen und Tumorkontrolldosis, d.h. die benötigte Strahlenleistung steigt nicht linear mit dem Tumorvolumen, sondern stärker. Das erklärt sich einerseits mit dem hypoxischen Kern, der mit größerem Volumen überproportional anwächst, andererseits mit der größeren genetischen Vielfalt (oder Entartung) eines größeren und damit älteren Tumors, so dass die Tumorzellen unterschiedlich strahlenresistent sind. Noch ein Zusammenhang besteht zwischen Strahlenempfindlichkeit und der Temperatur des Gewebes: Wenn man die Gewebetemperatur von 37°C auf 42°C erhöht, benötigt man nur noch 30% (!) der Strahlendosis, um denselben zelltoxischen Effekt zu erreichen. Das wird auch schon in der Strahlentherapie angewandt, indem man idealerweise nur das Zielgebiet in Hyperthermie versetzt. Holthuisen-Prinzip: Maximale Tumorvernichtung bei minimaler Normalgewebsschädigung. Man kann dies entweder durch „Sensitivierung“ des Tumorgewebes für Bestrahlung oder durch eine „Insensitivierung“ des normalen Gewebes erreichen. Nuklearmedizinische Untersuchungsverfahren und Strahlenschutz α-Strahlen bestehen aus einem Heliumkern (2 Neutronen, 2 Protonen) und können schon von einem Blatt Papier abgeschirmt werden. β-Strahlung (genauer: β--Strahlung) besteht aus Elektronen, die von wenigen Zentimetern Gewebe vollständig absorbiert werden. β+-Strahlung besteht aus den Antiteilchen von Elektronen, den Positronen, die sofort beim Zusammentreffen mit Elektronen in zwei gegengerichtete γ-Teilchen zerstrahlt, die im Winkel von 180° auseinanderfliegen. γ-Strahlung sind einfach elektromagnetische Wellen oder Photonen wie sichtbares Licht, jedoch mit viel höherer Frequenz / geringerer Wellenlänge. Ein wichtiges verwendetes Radioisotop ist 99mTc mit einer Halbwertszeit von 6h. Es wird über eine kleine Austauschersäule „hergestellt“, in der sich 99Mo befindet, das wasserunlöslich ist und mit einer Halbwertszeit von 3d in 99mTc zerfällt, das wasserlöslich ist. Man spült die Säule einfach einmal mit Kochsalz durch und kriegt so das ganze Technetium raus. Nach zwei Wochen ist nur noch so wenig Mo in der Säule übrig, dass es sich nicht mehr lohnt, dann wird das Molybdän wieder ausgetauscht. Woher bekommt man jetzt überhaupt die radioaktiven Substanzen? Einerseits bekommt man aus z.B. Uran-Erzen in der Natur radioaktive Elemente, aber die haben eine viel zu lange Halbwertszeit. Die erste wichtige Quelle sind Spaltprodukte aus Kernkraftwerken, in denen vor allem Neutronen rumschwirren, wodurch man β-Strahler erhält (das Molybdän bekommt man von Kernkraftwerken), β+-Strahler erhält man dagegen durch den Beschuss mit Protonen, die man nur mit Gewalt in den positiven Atomkern kriegt, also aus dem Zyklotron (Teilchenbeschleuniger). Eine Verbindung davon, das 99mTc-O4 (Pertechnetat) ist das gängigste Radiopharmakon für die Schilddrüsen-Szintigraphie (Diagnostik). 99mTc ist ein reiner γ-Strahler. Der wichtigste β+-Strahler für die PET ist 18F mit einer Halbwertszeit von 2h. Der wichtigste β--Strahler ist wohl 131I, das auch γ-Strahlen aussendet, mit einer Halbwertszeit von 8d. 15 O etwa hat eine Halbwertszeit von 2min und wird zum Diagnostizieren der Hirndurchblutung verwendet. Mit einer Halbwertszeit von 2min kommt nach 20minütiger Transportzeit nur noch 1/1024 an, nach 40 Minuten weniger als ein Millionstel, es muss also vor Ort hergestellt werden. Schilddrüsen-Diagnostik und -Therapie: Das wichtigste Anzeichen für ein autonomes Adenom ist das praktisch nicht mehr vorhandene TSH, da das Adenom sowieso schon zuviel Thyroxin produziert und die Hypophyse das restliche Schilddrüsengewebe lahmlegt. Man gibt dann einfach 131I, das nur noch von dem Gewebe des Adenoms aufgenommen wird, da das restliche Gewebe nicht mehr aktiv ist, und dieses verstrahlt. Man kann also sehr gezielt und elegant mit kurzreichender β--Strahlung therapieren, alles gesunde Gewebe bleibt unbeschädigt. Hat man dagegen ein Schilddrüsenkarzinom, das schon Metastasen bildet, wird man erst operativ alles entfernen, was geht, dann das TSH steigern, soweit es geht, um alles schilddrüsenähnliche Gewebe im Körper maximal zu stimulieren, und erst dann wird man das 131I geben, um alles, das nur nach Schilddrüse riecht, restlos zu vernichten. Man kann dann mit dem sehr sensitiven Tumormarker Thyreoglobulin nachweisen, ob noch etwas übrig ist. Das 99mTc-O4 (Pertechnetat) ist zufällig von der Größe her sehr ähnlich wie Jod und folgt deswegen etwa den Wegen, die auch Jod im Körper nehmen würde, wodurch es sich vor allem für die diagnostische Unterscheidung von heißen und kalten Knoten in den Schilddrüse eignet, allerdings wird nur etwa 5% des injizierten Pertechnetats von der Schilddrüse aufgenommen, viel geht auch in den Magen und die Speicheldrüsen. Es ist halt ein reiner γ-Strahler und dadurch sehr wenig belastend, da der Großteil der Strahlung den Körper verlässt, ohne von ihm absorbiert zu werden. FDG-Scan: Man benutzt das radioaktive 18F, um 18Fluor-Deoxy-Glukose herzustellen, die dann injiziert wird. Der Patient sollte absolut nüchtern sein, da sich sonst auch z.B. das Herz noch von Glukose ernährt und anfärbt (im nüchternen Zustand „frisst“ es Ketonkörper, Lactat und Fettsäuren), wodurch die Diagnose von Tumoren im Mediastinum unmöglich wird. Diagnose von Knochentumoren: Dazu setzt man 99mTc-MDP / -DPD ein (Phosphonat), das von osteoplastischem Gewebe aufgenommen wird, also von wachsenden Symphysen, verheilenden Knochenbrüchen oder halt Knochentumoren oder -metastasen. Gleichzeitig reichert es sich natürlich auch in Regionen mit erhöhter Durchblutung an, vor allem in Entzündungsgebieten. Nierenfunktion: Man kann MAG3 (Mercapto-Acetyl-Triglyzerin) verwenden, das Technetium-markierbar ist und aktiv über die Nieren ausgeschieden wird, gleichzeitig ist die GFR praktisch gleich dem Blutdurchfluss, es wird komplett filtriert und nicht rückresorbiert. Man spritzt das MAG3, gibt Lasix (Diuretikum) und macht dann Bilderserien der Nieren alle paar Sekunden über 20 Minuten hinweg. Damit kann man quantitativ messen, 1. wie stark sich der Stoff in jeder Niere anreichert, also die Nierenfunktion, 2. wie schnell er von der Niere in die Blase wandert, also Diagnose von Strikturen im Urether 3. wie gut die Niere auf Lasix reagiert. Keine Reaktion und schlechter Weitertransport = Striktur im Urether. Lungenfunktion: Mit 99mTc-MAA, also Tc-markiertes Albumin, kann man die Lungendurchblutung gut darstellen und feststellen, ob eine Embolie vorliegt. Die Teile der Lunge, die schlecht belüftet werden, werden außerdem auch schlecht durchblutet, um eine ideale Ausnutzung zu erreichen. Man kann auch gleichzeitig mit 81mKrypton (Halbwertszeit von 13 Sekunden, man sieht genau das Gas, das gerade eingeatmet wurde) die Belüftung der Lunge darstellen. Wenn Perfusion und Belüftung sich in etwa entsprechen, also an den gleichen Stellen schlecht sind, bezeichnet man das als „match“, die Defekte sind erklärt, der Patient hat keine Lungenembolie. Bei einem „mismatch“ ist nur die Durchblutung betroffen und man geht von einer Lungenembolie aus. Aufnahmetechnik: Die Abbildung (Richtungsselektion der γ-Strahlen) erfolgt durch Kollimatoren aus Blei (meist Parallelloch-Kollimatoren). Die durchdringende Strahlung (nur etwa jeder 10.000. Zerfall) erzeugt dann im Szintillationskristall einen Lichtblitz (Szintillation). Die Gamma-Kamera muss deshalb hoch empfindlich sein. SPECT (single photon ECT): Man verwendet nur ein einziges Photon pro Zerfall; die Photonen stellt man mit einer rotierenden Gamma-Kamera fest. Das wichtigste Isotop ist 99mTc. PET (Positronen-Emissions-Tomographie): Es wird die sogenannte Koinzidenz-Kollimierung verwendet, d.h. nur Quanten, die gleichzeitig in beiden gegenüberliegenden Kameras eintreffen, zählen. Damit kann man die absolute Aktivkonzentration in der Zeit quantitativ messen (schwächungskorreliert). Das wichtigste Radiopharmakon der PET ist 18FDG. Strahlenschutz: 1mSv / Jahr: 20mSv / Jahr 100mSv 200mSv 250mSv / Leben 400mSv / Leben 1Sv 4-5Sv 25Sv Größenordnung der natürlichen Strahlenbelastung pro Jahr (2,4mSv / a 1995 BRD). Grenzwert für die berufliche Exposition während einer Schwangerschaft. zugelassene Jahresdosis (Ganzkörper) für beruflich exponiertes Personal. Schwangerschaftsunterbrechung unterstützt. Maximal zulässige Belastung pro Jahr für außergewähnliche Vorkommnisse (Rettung von Sachen & Leben). mögliche Schwangerschaftsunterbrechung sollte empfohlen werden. Maximal zulässige Belastung pro Leben bei Rettungseinsätzen Zugelassene Lebensdosis (Ganzkörper) für beruflich exponiertes Personal Beginn der Strahlenkrankheit bei Ganzkörperbelastungen LD50 für Ganzkörperbestrahlung (LD50 = letale Dosis für 50% der Bestrahlten) statistischer ICRP60-Wert bei verteilter niedriger Strahlenbelastung für einen zusätzlichen Krebstoten unter erwachsenen Arbeitenden. Übliche Schreibweise: 4%/Sv = 100%/25Sv, für die Gesamtbevölkerung 5%/Sv = 20Sv/Tod. Gesamtrisiko für Krebstodesfälle, nicht-tödlichen Krebs und Erbschäden: 7,3%/Sv = 14Sv/Schaden. Es ist also jeweils ein Faktor 4-5 zwischen den Stufen 0,2-0,25Sv (Schwangerschaftsunterbrechung, Lebesnrettung) → 1Sv (Beginn der Strahlenkrankheit) → 4-5Sv (LD50) → 20-25Sv (Low-Level pro Krebstod). Physikalische Grundlagen und apparative Möglichkeiten der Strahlentherapie Ionisierende Strahlung Strahlungsarten: - Photonenstrahlung - Korpuskularstrahlung Harte Strahlung mit höherer Energie (mehr kV) hat eine kürzere Wellenlänge, also höhere Frequenz, und wird vom Körper nicht so stark absorbiert wie weiche Strahlung mit niedrigerer Energie. Die Dosis ist bei der Weichstrahltechnik höher, da ein höherer Anteil vom Gewebe absorbiert wird. Allgemein setzt man Weichstrahltechnik zur Darstellung von Weichteilen (Mammographie) ein, Hartstrahltechnik zur Darstellung von Knochen. Der Anteil, der das Gewebe durchdringt, schwärzt den Film, d.h. umso schwärzer (und stärker belichtet) der Film, umso niedriger die Dosisbelastung für den Patienten. Die Schwächung der Strahlung beim Durchgang durch eine Materieschicht tritt einerseits durch die Absorption der ionisierenden Strahlung auf, bei der Elektronen aus der Atomhülle herausgeschlagen werden, andererseits durch Streuung. Die gestreute Strahlung filtert man heraus, da sie sonst zu einer diffusen Belichtung des Filmes und zu einem schlechten Kontrast führen würde. Wechselwirkungen von Photonenstrahlung mit Materie: - Photoeffekt: Ein Elektron absorbiert ein Photon der ionisierenden Strahlung komplett und wird aus der Elektronenhülle geschlagen; ein Elektron einer äußeren Schale füllt die innen entstandene Lücke und gibt dabei eine der Energiedifferenz der zwei Schalen entsprechende charakteristische (für das Element) Röntgenstrahlung ab. - Comptoneffekt: Ein Elektron vorwiegend der äußersten Schale wird von einem primären Photon getroffen, das abgelenkt wird und einen Teil seiner Energie an das Comptonelektron abgibt, das die Schale verlässt. Das Photon wird abgelenkt und verliert einen Teil seiner Energie, hat also einen höhere Wellenlänge - Paarbildung: Im starken elektrischen Feld eines Atomkerns wird ein einfliegendes Lichtquant mit einer Energie von mindestens 1022keV (Kiloelektronenvolt) in ein Elektron und ein Positron aufgelöst, die auseinanderfliegen. Elektron und Proton haben eine Ruheenergie von jeweils 511keV (Vorwahl von Hannover: 0511), deshalb braucht das Photon mindestens doppelt so viel. Das Positron zerstrahlt dann in einer Vernichtungsstrahlung, da es ein Antiteilchen ist. Die durchschnittliche Ordnungszahl der Elemente in menschlichem Gewebe beträgt 7,8, für diese Ordnungszahl überwiegt der Photoeffekt bei weicher Strahlung, der Paarbildungseffekt bei harter Strahlung. Bei Materie mit einer mittleren Ordnungszahl von 50 oder so überwiegt meist der Comptoneffekt. Strategie der Strahlentherapie: - Zielvolumenbestimmung, Bestrahlungsplanung, Bestrahlungdurchführung - Kurabilität und Toxizität nehmen mit der Dosis zu - Räumliche Begrenzung der Dosis auf den Tumor - reduziert die Toxizität der Bestrahlung - ermöglicht Dosiseskalation im Tumor Zwischen Normalgewebe und Tumorgewebe besteht ein therapeutisches Fenster, vor allem da sich Tumorgewebe schneller teilt und somit weniger strahlenresistent als Normalgewebe ist (in der M-Phase am strahlungsempfindlichsten). Man muss natürlich auf die gesunden Gewebe aufpassen, die sich auch sonst sehr häufig teilen, das sind vor allem Haut (da muss man immer durch) und Schleimhäute (Intestinaltrakt). Je nach Lokalisation muss dann die Planung erfolgen; darin fließen Patientendaten und Daten der Bestrahlungseinrichtung mit ein, woraus dann die Dosisberechnung und individuelle Optimierung stattfinden. Bestrahlungseinrichtungen: - Gerätetechnisch erzeugte Strahlung: - Röntgenbestrahlungseinrichtungen - Teilchenbeschleuniger - Linearbeschleuniger - Kreisbeschleuniger - Radioaktive Strahlung - Gammabestrahlungseinrichtungen - Afterloading-Einrichtungen Für gynäkologische Tumoren kann man heute einen Applikator verwenden, den man in den Uterus oder den betroffenen Bereich verlegt, in den dann, wenn er richtig liegt, eine radioaktive Perle eingeschoben wird. Über Messsonden im Rektum und der Harnblase (zwei strahlensensible Organe) kann man die Strahlendosis dort überwachen, und, wenn eine bestimmte Schwellendosis überschritten wird, die Bestrahlung noch abbrechen. Das wird z.B. nötig, wenn sich der Uterus durch die Streckung durch den Applikator streckt und an das Rektum anlegt. Die medizinischen Elektronen-Linearbeschleuniger sind um 360° um den Patienten drehbar, der auf einer Liege liegt und durch eine strahlendichte Wand vom medizinischen Personal abgetrennt ist. Man verwendet heute im Gegensatz zu den konventionellen Block-Kollimatoren neue Lamellen-Kollimatoren, mit denen man auch unregelmäßige Tumorumrisse bestrahlen kann. Durch die Kollimatoren wird der Elektronenstrahl eingegrenzt, um nur das Tumor-, nicht das umgebende gesunde Gewebe zu erwischen. Je nach Winkel der Bestrahlung passt sich der Lammelenkollimator automatisch den Umrissen an. Man kann auch individuell gegossene Bleimasken verwenden, dabei braucht man jedoch unterschiedliche für jede Bestrahlungsrichtung. Der Punkt, um den sich das Gerät dreht, nennt sich das Isozentrum, man versucht also, den Tumor genau in das Isozentrum zu positionieren, so dass man den Patient nicht je nach Bestrahlungsrichtung umlagern muss. Im Teilchenbeschleuniger kann man natürlich nur Elektronenstrahlung erzeugen, die nicht sehr weit eindringt. Benutzt man eine hohe Energie von 22MeV (Megaelektronenvolt), gelangt man mit dem Maximum der Dosis in eine Tiefe von etwa 5cm, 50% hat man noch bei 9cm. Benutzt man ultraharte Photonenstrahlung mit 43MV (Megavolt Photonenenergie), gelangt man in eine Tiefe von etwa 30cm mit 50%. Bei der konventionellen Bestrahlungstechnik ist die Strahlungsverteilung über das geöffnete Feld genau gleich, d.h. das Gebiet mit 100% Strahlendosis, das in der Mitte des bestrahlten Körpers entsteht, indem es aus unterschiedlichen Richtungen bestrahlt wird, ist sehr groß. Man kann heute mit Konformationsbestrahlung durch das Überlagern mehrerer Einzelfelder Strahlungsgipfel für jede einzelne Bestrahlungsrichtung erzeugen, so dass die dreidimensionale Ausbreitung des Tumors sehr genau mit dem 100%-Strahlungsdosis-Bereich übereinstimmt. Es gibt natürlich immer noch die Gefahr von Fehlbestrahlungen durch intra- oder interfraktionelle Bewegungen des Patienten. Entweder der Patient bewegt sich insgesamt, weil die Lagerung für ihn ungemütlich ist, oder die Organe bewegen sich durch Atmung, Harnblasenfüllung, Darmmotilität usw. Man kann manche Tumoren so auch nur vernünftig in In- oder Exspirationsstellung bestrahlen. Bei der Stereotaxie befestigt man einen Grundring mit Stäben direkt mit der Schädelkalotte des Patienten, so dass er fest ist. Damit lässt sich ein Voxel-Koordinatensystem (Voxel = dreidimensionale Pixel) in Bezug auf den Grundring definieren, das sich nicht mehr bewegt. Mit 1/10mm-Genauigkeit kann man nun bei jeder Bestrahlung den Strahl positionieren. Das Problem ist natürlich der befestigte Grundring, der nicht gerade gemütlich ist. Um eine sehr hohe Strahlungsdosis präzise geometrisch zu lokalisieren, kann man auch sogenannte tertiäre Kollimatoren verwenden, die direkt auf dem Kopf des Patienten befestigt werden. Umso näher die Maske am Bestrahlungsort ist, umso schärfer der Strahlungsschatten, den sie wirft. Indikationen und Methoden der Strahlentherapie Heutzutage gibt es kaum noch Krankheitsbilder, die nur mit einer Methode behandelt werden. Über 90% werden interdisziplinär behandelt, weil sich die Hauptwirkungen fokussieren und die Nebenwirkungen verteilen. Man bestrahlt deshalb in mehreren Dosen, weil die Schere zwischen Normal- und Tumorzellen dann weiter aufgeht. Würde man einmal mit 50Gy bestrahlen, wäre alles tot, sowohl gesundes als auch Tumorgewebe. Bestrahlt man dagegen über mehrere Wochen mit 1,8Gy, ist für die gesunden Zellen jede Bestrahlung wie die erste, da sie sich mit ihren DNA-Reparaturmechanismen jedesmal in der Zeit zwischen zwei Bestrahlungen wieder herstellen. Für die Tumorzellen jedoch addiert sich die Anzahl der Schäden stärker bzw. überhaupt, da sie sich öfters in der Zellteilung befinden (vulnerabler) und ihre Reparaturmechanismen auch nicht mehr so gut funktionieren. Die Röntgenstrahlung wurde 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt; die Radioaktivität an sich 1896 von H. Becquerel. Das Radium wurde um 1900 von Marie Curie entdeckt. Die erste Heilung von Tumoren mit Radium gelang 1912 für Cervixkarzinome. Der Reaktor bzw. die Grundlagen der Kernspaltung wurden 1938 von Otto Hahn beschrieben. Man verwendet auch heute in Deutschland noch Kobalt-Isotope zur Bestrahlung, die in Bleibehältern aufbewahrt werden. Allerdings gibt es auch immer eine Leckstrahlung, die gesetzlich 1% betragen darf, also am besten immer etwas Abstand halten zu den Dingern, wenn man ihnen mal begegnet. Mit Linearbeschleunigern oder Telegammageräten (= künstliche γ-Strahler wie 60Co) wird die Teletherapie durchgeführt, dabei ist der Strahler 50-80cm von der Haut entfernt. Der Gegensatz dazu ist die Therapie mit Radionukliden, mit denen man entweder durch die Haut bestrahlt oder die man direkt in Kontakt mit dem Tumor bringt (Brachytherapie). Die Brachytherapie kann entweder (wie so praktisch bei gynäkologischen Tumoren) endoluminal durchgeführt werden (z.B. mit Afterloading-Technik: Erst Applikator reinbringen, dann radioaktiven Stoff „reinschießen“), oder interstitiell, indem man die radioaktiven Isotope z.B. mit Nadeln an den Tumor bringt. Um in einem großen Volumen eine homogene Dosis zu erreichen, braucht man die Teletherapie. Das liegt an dem Abstandsquadratgesetz, nach dem in den ersten Zentimetern die Strahlendosis extrem stark abfällt und ab etwa einem Meter die Dosis innerhalb von wenigen Zentimetern kaum noch spürbar abnimmt. Man erhält also in einem Fernbereich von z.B. 100 bis 120 Zentimetern eine schön homogene Dosisverteilung, womit man als Beispiel fortgeschrittene Cervixkarzinome (Ausbreitung ins Parametrium ibs zur Hüftwand) mit regionären Lymphknotenmetastasen behandelt. 50Gy wären hier eine klassische Palliativbehandlung, die für eine gewisse Zeit Linderung bringt (z.B. wenn die Beine durch die Lymphknotenmetastasen geschwollen sind). Will man die Patientin dagegen heilen, muss man zusätzlich an dem großen, zentralen, meist exophytischen Tumor etwas machen. Dann schiebt man eine Brachytherapiesonde rein, die meist aus Metall besteht, um im Nahtherapieverfahren mehrere hundert Gy direkt auf das Zentrum des Zervixkarzinoms zu bringen. Da die Dosis nach dem Abstandsquadratgesetz schon nach wenigen Zentimetern um mehr also 80% abfällt, absorbiert damit der Tumor den allergrößten Teil und die umgebenden, empfindlichen, gesunden Gewebe wie Rektum oder Harnblase werden relativ geschont. Das größte Problem sind dann noch die Tumorrezidive in den Parametrien, die man etwa mit Aufsättigungsfeldern in Teletherapie oder mit zangenartig spreizbaren Applikatoren in der Bradytherapie erwischen kann. Bestrahlt man zu aggressiv, fördert man die Fistelbildung zwischen Rektum und Scheide oder Harnblase und Scheide mit entsprechend katastrophalen Folgen. Man muss also beide Dosis-Wirkungs-Beziehungen sehen: Sowohl die Tumorkontrolle im Radiotherapie-Gebiet, die ab einer bestimmten Dosis stark steigt, bei 50% einen Wendepunkt hat und sich 100% Tumorkontrolle dann asymptotisch nähert, als auch die Dosis-Wirkungs-Beziehung für schwere Strahlenschäden. Man muss die Dosis so wählen, dass gerade dort die Kurve für schwere Strahlenschäden (wie etwa Dünndarmschlingennekrose) anfängt steil zu steigen, aber noch nahe bei 0% liegt. Die Kurve der Tumorkontrolle liegt dann bei etwa 80%, je nach Gebiet und Tumor; mit diesen 80% muss man sich heutzutage zufriedengeben. Wir erreichen also eine 80%ige Heilungschance bei einer Komplikationsrate von 5%. Will man eine Komplikationsrate von nur 0,5%, liegt die Tumorkontrollrate bei nur noch 30%, will man eine Tumorkontrolle in 95% der Fälle, hat man mechanistisch eine Komplikationsrate um die 50%; das geht nicht lange gut, da es allen Leitlinien und der Rechtsprechung, die auf Gutachten gründet, widerspricht. Man bekommt eine maximale Komplikationsrate vorgegeben, aus der sich eine bestimmte Dosis ergibt, aus der sich wiederum die Heilungsrate für den Tumor ergibt; darüber kommt man einfach nicht in der Strahlentherapie. Man muss einfach so früh anfangen wie möglich, Früherkennung ist der Schlüssel zum Erfolg. Im Stadium 3b erreicht man z.B. nur noch Heilungsraten von 30%, im Stadium 1b halt 95%. Indikation zur Radiotherapie (RT): Man muss immer Abwägen zwischen der Komplikation und dem erwünschten Effekt durch Strahlung. Man muss zwischen der erforderlichen Dosis einerseits und der erlaubten Dosis andererseits unterscheiden, also was von Leitlinien usw. vorgeschrieben wird. Die erforderliche Dosis wird bestimmt von: - Tumormasse - Strahlensensibilität des Tumor (sehr empfindlich sind Seminome, maligne Lymphome, wenig strahlenempfindlich sind Chondrosarkome, Osteosarkome, die man mit mehreren 100Gy bestrahlen müsste, was natürlich nicht geht) - Umgebungsbedingungen wie Sauerstoffversorgung (Anämie beim Cervixkarzinom, dann kann man die Strahlentherapie schon mal vergessen, da man z.B. 160 statt 80Gy brauchen würde, also Patienten auftransfundieren) Die erlaubte Dosis wird bestimmt von: - Strahlentoleranz der Risikoorgane im Zielgebiet Auch heute noch kann man mit einer reinen Strahlentherapie bei günstiger Konstellation eine kurative Behandlung erzielen, obwohl man die meisten Tumoren heute mit Chemo- und folgender reduzierter Strahlentherapie behandelt. Neuroradiologische Diagnostik Wichtig sind hier vor allem CT und MRT. Der erste CT-Scanner (von Siemens) wurde 1974 hergestellt. Das CT-Gerät besteht aus einem Röntgenstrahler, der sich um 360° um den Patienten dreht, 180° versetzt dreht sich ein Detektor mit, der für jeden Winkel ein 2D-Bild erhält, aus dessen Dichtewerte und dem zugehörigen Winkel der Computer dann einen 3D-Datensatz errechnet, der sich dann am Bildschirm wieder in beliebigen 2D-Schnitten oder dreidimensional aussehenden Volumenbildern darstellen lässt. Dunkel im CT heißt: Die Röntgenstrahlen gehen gut durch gleich geringe Absorption. Das entspricht meist Wasser, Liquor oder zirkulierendem Blut. Helle Stellen absorbieren stark und stellen Knochen oder geronnenes Blut dar. Die Stammganglien (N. caudatus, Globus pallidus, Putamen) stellen sich etwas heller als das umgebende Marklager dar, so wie allgemein die weiße Substanz (Nervenzellen) auf Grund der höheren Zellkerndichte mehr absorbiert und deshalb dunkler als die graue Substanz (Mark) erscheint. Blutungen: Gut begrenzte, sich nicht auf die gesamte Hemisphäre ausbreitende (durch die Schädelnähte begrenzte), bikonvexe Hämatome sind typische epidurale Blutergüsse; diese sind zu 80-90% mit einer Fraktur im Zusammenhang. Dabei zerreißt klassischerweise die A. meningea media, Epiduralblutungen sind immer arteriell. Zusätzliche weiße Flecken im Bereich der Ventrikel hat fast jeder Erwachsene; das sind einfach Verkalkungen des Plexus choroideus. Schlecht abgegrenzte, sich über die gesamte Hemisphäre ausbreitende, sichelförmige, nicht in die Sulci hineinlaufende Blutergüsse sind die typischen Subduralhämatome, diese sind immer venös. Typischerweise ist keine Kalottenfraktur dabei. Kontusionsblutungen sind im Hirnparenchym, dabei handelt es sich meist um venöse Blutungen. Viele Patienten ohne Beschwerden nach einem Trauma haben eine kleine Subarachnoidalblutung in der Cisterna interpeduncularis. Scherblutungen entstehen nicht am Ort der Krafteinwirkung, sondern am Übergang von der weißen zur grauen Substanz irgendwo im Gehirn bei schweren Schädel-Hirn-Traumen und sind somit ein deutliches Zeichen für eine miserable Prognose; wenn sie dann noch im Bereich des Hirnstamms sind, wird meistens nichts mehr draus (= wacht nicht mehr aus dem Koma auf). Schwere Subarachnoidalblutungen kommen vor allem durch rupturierte Aneurysmen der Hirnbasisarterien zu Stande. Das Blut dringt dabei in alle Sulci ein und erscheint auch in den Ventrikeln und basalen Zisternen. Sie gehen klassischerweise einher mit plötzlich einsetzenden, extremen Kopfschmerzen, dazu generalisierte Veränderungen wie Übelkeit, Erbrechen, Bewusstseinseintrübung. Eine Stammganglienblutung oder Thalamusblutung tritt normalerweise als hypertensive Blutung auf. Sie gilt als typische Blutung, wenn man das Bild hat, muss man keine weitere Diagnostik machen. Als atypische Blutungen gelten alle Hämatome in der weißen Substanz. Stauungsblutungen treten auf, wenn z.B. der Sinus sagittalis superior dicht ist und das venöse Blut nicht mehr abfließen kann. Es kommt zu Rückstauungen, bis die Gefäße rupturieren und überall fleckförmige, schlecht abgrenzbare Blutungen in der weißen und grauen Substanz auftreten. Sie treten schleichend auf, da die venösen Abflüsse normalerweise über Stunden mehr und mehr verstopfen. Ischämien: Es gibt mikroangiopathische, hämodynamische, thrombembolische und hypoxämische Ischämien. Bei den mikroangiopathischen kann man eigentlich nur den Blutdruck einstellen, bei den hämodynamischen die Stenose an der Halsschlagader aufweiten, bei den thrombembolischen lysieren, bei hypoxämischen hat der ganze Körper ein zentrales Problem, etwa mit dem Herz oder der Lunge. Mikroangiopathische Ischämien zeigen sich als lakunäre Infarkte, die überall in kleinen Flecken auftauchen, oder in hypodensen Marklagerveränderungen. Grenzzoneninfarkte beruhen auf dem vielstrapazierten „Prinzip der letzten Wiese“; sie haben kaum klinische Relevanz und werden selten gesehen. Thromben verursachen territoriale Infarkte, je nachdem, ob sie in die A. cerebri anterior, cerebri media oder cerebri posterior gehn und sie verstopfen. Man sieht im CT allerdings erst 4-6h nach dem Vorfall die dunklen Veränderungen. Den Thrombus kann man allerdings, wenn er groß ist, sofort im CT sehen („dense media-sign“). Ein anderes Infarkt-Frühzeichen ist eine Dichteminderung der Stammganglien mit einer aufgehobenen Mark-RindenDifferenzierung, aus den sonst hellen Stammganglien wird eine graue Masse. Bei einem hypoxischen Hirnschaden entsteht ein komplettes Hirnödem: Man sieht keine Kontraste mehr, die MarkRinden-Differenzierung fehlt, die Basalganglien sind dunkel wie die weiße Substanz. Röntgendiagnostik der Brustorgane Der Standard-Röntgen-Thorax wird posterior-anterior durchgeführt, d.h. Rücken zur Strahlungsquelle, Brust zur Platte oder zum Detektor. Das liegt einerseits daran, dass die interessanten Organe wie Herz und Bronchien etwas weiter vorne liegen und so weniger vergrößert und schärfer abgebildet werden, außerdem daran, dass das strahlenempfindlichste Organ, die Mamma, möglichst weit weg von der Strahlungsquelle liegt. Das Thoraxbild wird außerdem in Inspiration angefertigt, um die Lunge schön entfaltet zu sehen und die Schulterblätter etwas aus dem Bild zu bewegen, und immer in zwei Ebenen, also von seitlich auch noch, was vor allem der dreidimensionalen Zuordnung dient, dass man einen Hemdknopf nicht für intrapulmonal hält. Das Röntgen-Thorax wird in Hartstrahltechnik, also etwa 120kV, durchgeführt, da hohe Dichteunterschiede vorliegen. Auf was achtet man im Röntgen-Thorax? - Seitengleiche Belüftung der Lungenflügel - Die Lunge muss bis an den Thoraxrand reichen - Verschattungen? (= heller = stärkere Absorption von dichterem Gewebe) Werden hervorgerufen von Wasser im Interstitium (diffuse Verschattung), Pneumonien oder Entzündungen, aspirierten Gegenständen, Atelektasen (= nicht belüfteten Abschnitten der Lunge), Raumforderungen jeglicher Art, Pleuraergüsse. - Aufhellungen? Werden hervorgerufen durch Pneumothorax und Emphyseme (= Überblähung). - Randwinkel (= Recessus phrenico-costalis) spitz zulaufend auf beiden Seiten? - Grob seitengleicher Stand des Zwerchfells? Das rechte steht gerne etwas höher wegen der Leber. - Herz: Randbildend sind rechter Vorhof, linker Ventrikel, linker Vorhof und linkes Herzohr. Das Herz sollte die halbe Breite des Thorax nicht überschreiten. - Lungenhilus auf beiden Seiten mit Feinstruktur... braucht viel Übung, bis man sieht, ob der normal ist. - Trachea sieht man als gebänderte Aufhellung vor der Wirbelsäule. - Aortenknopf = Aortensilhouette - Gefäße wie V. cava sup. und inf. - Speiseröhre - Knochen, also vor allem Claviculae und Rippen, auf Frakturen oder Risse überprüfen - Wirbelsäule: Ist sie mittelständig, Trachea genau auf den Dornfortsätzen? Ansonsten Skoliose. Im Seitbild sollte man vor allem auf den Retrokardial- und Retrosternalraum schauen, die im p.a.-Bild praktisch nicht beurteilbar sind, außerdem auf den dorsalen Winkel des Recessus phrenico-costalis. Röntgendiagnostik des Skeletts Systematische Bildbetrachtung: - Knochendichte (erhöht? vermindert?) - Spongiosa (Trabekel scharf, unscharf? vergröbert?) - Kortikalis (intakt? arrodiert? aufgefasert?) Zuweisende Fachbereiche: - Traumatologie / Orthopädie / Sportmedizin. Häufige Fragestellungen: - Frakturen - (Sub-)Luxationen - Gefügestörungen (z.B. Skoliose, Klumpfuß) - Infektionen - Verlaufskontrolle nach OP - Rheumatologie - Onkologie - Endokrinologie (einsch. Stoffwechsel) - Pädiatrie Allgemeine Frakturlehre: - Lokalisation - Typ (Quer-, Stück-, Torsions-, Biegungs-, Trümmerfraktur) - Stellung - ... Sonderfall kindliche Fraktur: - Epiphysenfugen nicht geschlossen - Aitken-Einteilung bei Wachstumsfugenbeteiligung (alternativ Salter-Klassifikation): Aitken 0: Abscherung der Epiphysenfuge Aitken 1: zusätzclih metaphysäres Fragment Aitken 2: zusätzhlich epiphysäres Fragment Aitken 3: zusätzlich meta- und epiphysäres Fragment Spezielle Frakturen erhalten oft Eigennamen (z.B. Jefferson-Fraktur = HWK-1-Fraktur durch axiale Krafteinwirkung mit Berstung von vorderem und hinterem Atlasbogen usw.), da sie sonst nur schwer zu beschreiben sind. Oder z.B. Hangman‘s-Fraktur: - Mechanismus des Erhängens - HWK-2-Fraktur - Fraktur beider Bogenwurzeln - Ventrale Subluxation - instabil! Als Komplikationen zu Traumen kommen manchmal Infektionen hinzu oder eine Sudeck-Atrophie bei Schädigung von motorischen Nerven. Einige weitere Phänomene sind: - Spondylolyse: Direkt überhalb des Kreuzbeins löst sich die hintere von der vorderen Kontur der Wirbelsäule und wandert nach hinten. - Osteochondrosis dissecans an den Femurkondylen oder am Talus; es spaltet sich ein Stück Knochen ab und wandert in der Gelenkkapsel rum. Onkologie - Häufige Fragestellungen: - Fokale oder diffuse Veränderungen - Solitäre oder multiple Läsionen - Osteolytisch (das macht Nierenzell-Ca und viele andere) / osteoplastisch (das ist ganz häufig Prostata-Ca beim Mann, Mamma-Ca bei der Frau) - Statikgefährdende Läsion? Knochentumore: Maligne: - Osteosarkom - Chondrosarkom - Weing-Sarkom - Multiples Myelom - MFH - sekundär: Metastasen Benigne: - Enchodrom - Osteoidosteom (macht nächtlichen Schmerz, zentrale Osteolyse) - nicht ossifizierendes Fibrom - Fibröse Dysplasie (alle aufgeführten benignen solitär) Wichtige Differentialdiagnosen in der Rheumatologie: - Arthrose, insebesondere Heberden- und Bouchardarthrose - M. Reiter - Psoriasisarthritis - Eitrig, tuberkulös, stoffwechselbedingt. - Gicht, vor allem am Fuß - Fehlstellungen des Knochens können auch Schmerzen hervorrufen, die wie rheumatoide wirken können. Endokrinologie - Häufige Diagnosen: - Rachitis - Hyperparathyreoidismus; gekennzeichnet durch Osteopenie, subperiostale und subchondrale Resorptionszonen, Akroosteolysen, ... - Hypothyreose - Akromegalie - Osteoporose; dabei sind die Grund- und Deckplatten der Wirbel Fischwirbelkörperartig eingesenkt. Behandelt man mit Vertebroplastie, wobei man so eine Art Zement von hinten in den Wirbelkörper spritzt. Pädiatrie - Häufige Fragestellungen: - Missbildungssyndrome / Dysplasien - Knochenalter / verzögerte Skelettreife - Frakturen (Battered-child-Syndrome) Pädiatrie - Häufige Anomalien: Generalisiert: - Osteogenesis imperfecta: Osteoporose, grazile Knochen, Biegungsdeformitäten, trompetenförmige Metaphysen - Achondroplasie: verkürzte, deformierte Extremitäten, kolbig aufgetriebene Metaphysen, verkürzte Bogenwurzeln, kurzes, breites Becken, V-förmige Wachstumsfugen, Exkavation der Wirbelkörperhinterkante - Neurofibromatose - Osteopetrose: Vermehrte Knochendichte bei fehlender Remodellierung, aufgehobene Grenze zwischen Markhöhle und Knochenrinde. Führt zu einer Verdrängung der inneren Organe und zu einer Einengung der Neuroforamina. Solche Leute werden also auch blind und taub. - Myositis ... Röntgendiagnostik des Magen-Darm-Trakts Luft unter dem Zwerchfell macht sich als dunkle Sichel (= Aufhellung) unter der rechten Zwerchfellkuppel bemerkbar. Das kann im schlimmsten Fall an einer Darmperforation liegen, ist aber auf post-OP-Bildern normal, wenn im Bauchraum operiert wurde. Diese Luft hält sich ein paar Tage bis höchstens zwei Wochen, dann sollte sie komplett resorbiert sein. In der Abdomenübersicht erkennt man: - Normale Gasverteilung (Gasblasen im Dickdarm) - Weichteilschatten - Psoasrandschatten - Leberschatten - Nierenschatten - Fettstreifen - Perirenales Fettlager - ... Um am sensitivsten freie Luft im Abdomen zu erkennen, macht man eine Seitaufnahme vom Patienten in Linksseitenlage, freie Luft sammelt sich dann über der Leber rechts an. Dünndarmileus: - Paralytischer (adynamischer) Ileus: Dünndarm und Dickdarm mit Luft überbläht, mehrere Flüssigkeitsspiegel im Dünndarm sichtbar. - ... Zur Diagnostik ist jodhaltiges Kontrastmittel für Schluckuntersuchungen sehr praktisch. Damit kann man in der Röntgendurchleuchtung sehr gut den Ösophagus beurteilen, also ob etwa Ösophagusdivertikel vorkommen; auch kann man die Divertikelarten und -lokalisationen unterscheiden: - Pulsionsdivertikel: - Proximaler Ösophagus - Zenker-Divertikel - Pathologische Drucksteigerung - Distaler Ösophagus - Traktionsdivertikel - Mittlerer Ösophagus (Lungenhilus) - Bei extraluminären entzündlichen Prozessen (Tbc) Solche Schluckuntersuchungen lassen sich nicht nur in der Durchleuchtung, sondern auch in der Computertomographie durchführen. Achalasie: - Fehlen der Ganglien im Auerbachplexus des distalen Ösophagus mit resultierender Aufweitung des Ösophagus - Manifestation: 2.-3. Lebensdekade - Durch andauernde Reizung der Schleimhaut besteht ein hohes Karzinomrisiko Auch Karzinome im Bereich des Ösophagus erkennt man gut an der Kontrastmittelaussparung mit ausgefranstem Rand, Lymphome, die von außen auf die Speiseröhre drücken, erkennt man an der glatten, runden Aussparung. Es können sich auch nach Perforation des Ösophagus ganze Taschen im umgebenden Bindegewebe bilden, wo sich dann Speisereste ansammeln. Die Patienten kommen dann typischerweise, weil sie fürchterlichen Mundgeruch haben. Doppelkontrastuntersuchungen werden nicht mehr für den Magen durchgeführt (da ist die Endoskopie haushoch überlegen), wohl aber noch für den Dünndarm. Man sollte im Normalbefund erkennen: - Freie Entfaltbarkeit aller Dünndarmschlingen. - Normale Lumenweite - Kerckring‘sche Falten regelrecht - Motilität und Verforbarkeit aller palpablen Dünndarmschlingen Man gibt als erstes Bariumsulfat als Kontrastmittel, danach Methylcellulose, die einfach das Bariumsulfat vor sich hertreibt und dadurch praktisch den Darm wie ein Rohr mit Bariumsulfat ausmalt, während das Lumen danach frei ist. Auf solchen Doppelkontrastuntersuchungen schaut man sich vor allem das terminale Ileum an, um M. Crohn feststellen oder ausschließen zu können (Ileitis terminalis). Auch die Colitis ulzerosa lässt sich damit gut nachweisen, die Sache sieht einfach nicht mehr normal aus, muss man einmal gesehen haben, dann ists leicht zu erkennen. Auch multiple Divertikel oder schon eine Divertikulitis im Dickdarm kann man gut erkennen. Wenn die Divertikel noch nicht entzündet sind, sind sie rund und glatt begrenzt. Die Evakuationsproktographie ist eine Methode zur medikameniösen Behandlung eingewachsener Fingernägel. Ne, stimmt nicht, das hat der Florian geschrieben. Die Evakuationsproktographie ist ein Verfahren zur Diagnose von Rektozelen oder anderen Einkerbungen oder Aussackungen im Bereich des Rektums. Es wird als Kontrastmittel Bariumsulfat von hinten eingeführt, dann wird der Patient gebeten, zu kneifen (das Rektum sollte sich schließen und heben), dann zu drücken (das Rektum erweitert sich stark), dann kann man Aussackungen im (vergrößerten) Röntgenbild am besten erkennen. Diese müssen dann operativ entfernt werden, da sie zu Inkontinenz führen. Computertomographie (CT) Die Grundlagen sind schon furchtbar alt: 1917 J.H. Radon: Radon-Transformation, erlaubt Bild-Rekonstruktion aus Trasmissionsmessungen 1963 A.M. Cormack: Technik zur Berechnung der Absorptionsverteilung im menschlichen Körper 1972 G.N. Hounsfield (Nobelpreis) und J. Ambrose: Erste klinische CT-Untersuchungen. ... Aber erst 1999 bis 2000 kam es zu einer richtigen Explosion der Technik. Das erste verwendete CT, das SIRETOM von 1974, hatte eine Akquisitionszeit von 7min, eine Bildmatrix von 80x80 Pixeln, ein Scanfeld von 25cm und eine räumliche Auflösung von 1,3mm (4LP/cm). Das größte Problem war halt die Akquisitionszeit von 7min, d.h. nichts, das sich in 7min bewegt, konnte aufgenommen werden. Deshalb wurde das SIRETOM auch nur für Kopfaufnahmen eingesetzt. Erst in den letzten Jahren wurden endlich Spiral-CTs entwickelt, davor wurde Scheibe um Scheibe eingescannt und die Liege dann weitergeschoben. Die Scangeschwindigkeit ist durch verbesserte Technik und den Einsatz von vier Detektoren statt nur einem so gestiegen, dass man nun ein CT vom Hals bis zum Steißbein in 12 Sekunden hinkriegt. CTs mit noch höheren Geschwindigkeiten und noch mehr Detektoren sind in der Entwicklung; man braucht sie zwar nicht mehr für eine noch geringere Scanzeit, aber für eine isotrope Auflösung, d.h. dass man in z-Richtung dieselbe Auflösung hat wie in x- und y-Richtung der gescannten Scheiben. Man schneidet den Körper in mehr Scheiben, um daraus akkurate 3D-Bilder in beliebigen Richtungen in der gleichen Auflösung wie die eigentlich Schnittschneiben zu erhalten. Man kann aus diesem erhaltenen 3D-Datensatz dann sogar Volumenmodelle mit verschiedenen Dichtegewichtungen errechnen, um etwa ein Volumenmodell der Knochen, Blutgefäße oder Muskeln zu erhalten. Die Dichtewerte werden in der Computertomographie so angegeben: -1000 (Luft) bis 1000 (dichter Knochen). Das sind zu viele Grauwerte, um sie noch differenziert mit dem menschlichen Auge zu sehen, deshalb kann man sich verschiedene Dichtefenster aussuchen, um z.B. Knochen oder Weichteilgewebe zu beurteilen. Außerdem hat man den 3D-Datensatz und kann sich daraus beliebig auch noch später neue Bilder berechnen lassen, das Verfahren hat also den unglaublichen klinischen Vorteil, narrensicher zu sein. Um die Weichteilgewebe wie Blut, Lymphknoten, Muskeln auch im CT richtig trennen zu können, braucht man Kontrastmittel. Das Praktische ist, dass die heutigen CTs heute schon automatisch merken, wenn die Kontrastmittelkonzentration ideal ist (den Peak erreicht hat). Dazu wird ständig ein kurzer Testscan an einer Stelle durchgeführt, und wenn der Weichteilkontrast hoch genug ist, startet automatisch der volle Scan. Die meisten CTs heute werden mit Kontrastmittelapplikation durchgeführt. Die Vorteile des CT gegenüber dem MRT, das ja bekanntlich strahlungsfrei (also ohne ionisierende Strahlung) funktioniert: - Das CT ist schon weiter entwickelt, das MRT ist eine jüngere Technik und noch nicht so optimiert. - Das CT ist viel billiger, das liegt vor allem daran: - Das CT geht viel schneller. MRT-Untersuchungen dauern bis zu 60 Minuten je nach untersuchten Strukturen, es kann aber auch mal nur etwa 1 Minute für ein Schädel-MRT benötigt werden. - Das CT kann ein viel größeres Volumen erfassen, bei dem MRT muss man genau wissen, was man untersuchen will, da man nur ein kleines Volumen von vielleicht 10x10 bis 30x30cm darstellt, sonst dauerts noch länger. Magnetische Resonanz-Tomographie (MRT) Grundlagen: Atomkerne sind positiv geladen, extrem dicht, und die meisten drehen sich. Sich drehende Ladung erzeugt ein Magnetfeld. Um dieses Magnetfeld für die Bildgebung ausnutzen zu können, muss man erstmal von außen ein extrem starkes Magnetfeld im Größenbereich von 1 Tesla (20.000x so stark wie das Erdmagnetfeld) anlegen. Das schließt schonmal alle Patienten mit Schrittmacher, Insulinpumpe oder Metall-, vor allem Eisenteilen (vor allem Granatsplitter) im Körper aus. Edelstahl ist z.B. nur paramagnetisch und nicht so schlimm, Patienten mit Hüftprothese können meist auch untersucht werden. Auch Patienten mit künstlichen Herzklappen dürfen nicht rein, da diese sich sehr schnell bewegen müssen und in ihnen damit ein Wirbelstromfeld induziert wird, das sie u.A. in ihrer Bewegung bremst. 1977 wurde der erste Proband von einem MRT gescannt (1h), man bekam ein sehr schlechtes Bild, aber immerhin war bewiesen, dass man die Kernspindaten zur Lokalisationskodierung verwenden und in ein Bild umsetzen kann. 1981 konnte das MRT mit dem CT in der Bildqualität schon fast gleichziehen, allerdings nur mit einem sehr hohen technischen Aufwand. Mit einem MRT kann man vor allem die Weichteilgewebe in gutem Kontrast zueinander darstellen, schon 1985 konnte man auf Schädelaufnahmen den Unterschied zwischen weißer und grauer Substanz erkennen. Der Kontrast entsteht durch die unterschiedliche Konzentration an Wasserstoffatomen im Gewebe, die im Körper vor allem in Form von Wasser und Lipiden vorkommen. Man kann diese zwei Moleküle unterschiedlich gewichten: Nach T1-Gewichtung wird der Wasserstoff in Lipiden überbetont und erscheint heller, nach T2-Gewichtung in Wasser. Außer Wasserstoff eignet sich auch 13C, das zu etwa 1% vorkommt, Natrium und Phosphor. Das normale, häufigste Isotop des Kohlenstoffs, 12C, eignet sich nicht, da sich die 6 Protonen mit den 6 Neutronen im Kern immer paarweise zusammentun und die Spins, die gegenläufig sind, sich gegenseitig ausgleichen. Die Spins ergeben ein kleines Magnetfeld, das mit dem starken Magnet im MRT gerichtet wird. Diese gerichteten Feldvektoren werden dann mit einem Hochfrequenz-Magnetfeldsender (deren Frequenz genau passen muss) in Schwingungen versetzt und richten sich nach jedem Impuls unter Umdrehungen wieder auf. Diese sich drehenden Feldvektoren können in ihrer Gesamtheit von einem Hochfrequenzempfänger gemessen werden. Die Resonanzfrequenz ist abhängig von: - Kernsorte (Wasserstoff, Natrium, Phosphor, Kohlenstoff-13) - Feldstärke - Molekülstruktur (Lipid oder Wasser) Die Empfangsspule empfängt Signale, die nahe an ihr liegen, stärker, und solche von weiter entfernten Molekülen schwächer. Je nachdem, wie man das Timing zwischen Anregen und Auslesen wählt, ergeben sich dann unterschiedliche Grauwertkontraste, da Wasserstoff in Fett und Wasser (T1- und T2-Gewichtung) eine unterschiedliche Kurve von Nachschwingstärke und Nachschwingzeit ergibt. Chemische Verschiebung: Je nachdem, wie der Wasserstoff im Molekül gebunden ist, ergibt sich eine unterschiedliche Anregungs- und Nachschwingcharakteristik, so dass man mit dem MRT das Zielgewebe chemisch auf verschiedene Moleküle (gut gehts vor allem mit unterschiedlichen Lipiden) analysieren kann. So lassen sich auch Tumoren gut feststellen, die normalerweise eine andere chemische Zusammensetzung als das umgebende Gewebe zeigen. Mikroskopische Bewegung: Man kann auch mikroskopische Bewegungen sichtbar machen, etwa Diffusion, wodurch sich ischämische Hirnläsionen darstellen lassen, da dort die Diffusion des Wassers eingeschränkt ist. Man kann damit sowohl den Bereich eines Schlaganfalls als auch sein Alter scharf eingrenzen.
