2.2 Diagnostische Bildgebung
Entsprechend der medizinischen Fachdisziplin und Indikation kommen verschiedene Diagnosemethoden zum Einsatz. Beispielhaft genannt seien hier die klinische Untersuchung, die Kontrolle laborchemischer Parameter oder die Gewebs- und Zelldiagnostik. Zur Abbildung und Untersuchung des Körperinneren spielen jedoch die sogenannten „bildgebenden Verfahren“ eine immer größere Rolle, durch die große Fortschritte bei der Diagnostik erzielt wurden.
Da in der Medizin mittlerweile diverse bildgebende Verfahren Anwendung finden, definiert das Roche Lexikon Medizin den Begriff als „Oberbegriff für verschiedene Diagnostikmethoden, die Aufnahmen aus dem Körperinneren liefern“ [1]. Dank der ständigen medizintechnischen Weiterentwicklung ermöglichen bildgebende Verfahren, das Körperinnere immer präziser, realitätsgetreuer und sogar dreidimensional abzubilden.
Auf die Verfahren der Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT), Positronenemissionstomographie (PET) sowie Dentale Volumentomographie (DVT) soll im Folgenden kurz eingegangen werden. Zur ausführlicheren Lektüre sei dem Leser Kramme (2007) empfohlen.
2.2.1 Computertomographie (CT)
Die Erfindung der Computertomographie (kurz CT, aus dem griechischen abgeleitet: tomós = „Schnitt“ und gráphein = „schreiben“) gilt als enormer Fortschritt der diagnostischen Möglichkeiten der Medizin. Erstmals wurde es damit möglich, axiale überlagerungsfreie Schnittbilder aus dem menschlichen Körper zu erzeugen [Buzug, 2007].
Für die Bilderstellung ist im Gegensatz zu einer klassischen Röntgentomographie – wie der Name schon sagt – ein Computer notwendig, der aus den gewonnenen Daten Schnittbilder erzeugt. Der Patient liegt in einer Röntgenröhre, die sich senkrecht zur Körperachse des Patienten dreht und den Körper mit einem fächerartigen Röntgenstrahl durchleuchtet (s. Abb. 4). Der Röntgenstrahl wird dabei in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Gewebes mehr oder weniger stark geschwächt. Gegenüber der Röhre positionierte und hochsensitive Detektoren erfassen diese feinen Unterschiede. In Abhängigkeit von der empfangenen Strahlenintensität werden im nächsten Schritt elektrische Signale erzeugt, die vom Computer interpretiert und zu einem Bild berechnet werden.
Grundsätzlich gilt: Je strahlendurchlässiger die durchleuchtete Materie ist, desto dunkler wird sie wiedergegeben bzw. je weniger durchlässig sie ist, desto heller erscheint sie. Im Gegensatz zu einer klassischen Röntgenaufnahme ist mittels einer CT eine überlagerungsfreie und dreidimensionale Darstellung von Organen möglich, die vom Computer aus der Gesamtheit aller Schnittbilder erzeugt wird. Die meisten der heute angefertigten CT-Aufnahmen werden dabei im Spiralmodus angefertigt (s. Abb. 5).
Auch wenn seit der Erfindung des konkurrierenden Verfahrens der Magnetresonanztomographie (MRT) immer wieder das Ende der CT vorausgesagt wird, so ist die Computertomographie gerade im Bereich der schnellen 3-D-Diagnostik von Traumapatienten nach wie vor der Standard, da vor der Messung nicht geklärt werden kann, ob eine MRT überhaupt durchgeführt werden darf [Buzug, 2007]. Die einfache Handhabung und klare physikalisch-diagnostische Aussage in Verbindung mit den Fortschritten bei der Reduzierung der Strahlenbelastung sichern laut Buzug (2007) der CT ihren festen Platz im radiologischen Umfeld (s. Abb. 6).
2.2.2 Magnetresonanztomographie (MRT)
Die Magnetresonanztomographie, kurz MRT (auch „magnet resonance imaging“, MRI) macht das körperinnere mittels eines Magnetfeldes und durch Radiowellen in Schichten sichtbar. Die ersten klinischen MRT-Anlagen wurden bereits Anfang der achtziger Jahre in Betrieb genommen. Mittlerweile ist das Verfahren in der Medizin weit verbreitet. Alleine im Zeitraum von 2003 bis 2005 wurden etwa 9.000 Anlagen neu installiert (s. Abb. 7).
Stark vereinfacht lässt sich das Verfahren wie folgt beschreiben: Zunächst wird der Patient in der Mitte eines zylinderförmigen Elektromagneten positioniert. Die im menschlichen Körper vorhandenen Protonen (Wasserstoffkerne) stellen kleine Magnete dar, die sich entsprechend dem Elektromagneten ausrichten. Unter der anschließenden Einstrahlung eines Hochfrequenzpulses beginnen die Wasserstoffkerne zu schwingen, wodurch diese selbst ein schwaches Hochfrequenzsignal aussenden. Nach dem Abschalten des Hochfrequenzpulses wird die Relaxationszeit, also die Zeit, bis die Wasserstoffkerne wieder in ihren Gleichgewichtszustand zurückgekehrt sind, gemessen. Auf der Basis unterschiedlicher Kernspinrelaxationszeiten der unterschiedlichen Gewebearten werden Bilder des Körperinneren erzeugt [Kolem, 2007] (s. Abb. 8).
Wie beschrieben hat die Magnetresonanztomographie (MRT) die Computertomographie in verschiedenen Bereichen bereits verdrängt. Dies hängt beispielsweise mit der nicht mehr notwendigen Bestrahlung des Körpers zusammen, die mit der CT und dem klassischen Röntgenverfahren zwangsläufig einhergeht. Des Weiteren lassen sich anhand der MRT Weichteile wie das Gehirn besser abbilden. So ist es zum Beispiel möglich, mittels MRT den Zeitpunkt eines Schlaganfalles zu bestimmen (Ärzte Zeitung, 04.10.2011).
Die MRT ist der CT aber nicht in allen Bereichen überlegen: Das MRT-Verfahren ist zeitaufwändiger und setzt voraus, dass Patienten bei Bewusstsein sind und den Anordnungen der Untersucher folgen können (Atemanweisungen). Zudem gilt die Untersuchung eines Patienten mit implantiertem Herzschrittmacher aufgrund des starken Magnetfeldes als kontraindiziert. Allerdings stellt die MRT aufgrund der hohen diagnostischen Aussagekraft bei bestimmten Fragestellungen auch bei Schrittmacherpatienten eine notwendige Untersuchungsmethode dar.
So kommt Nürnberg (2010) zum Schluss, dass sich Schrittmacher (d. h. nicht-MR-taugliche Geräte) und MRI nicht prinzipiell ausschließen, sofern kontrollierte Bedingungen vorherrschen, eine Nutzen-/Risiko-Abwägung stattfindet und die Untersuchung im extrathorakalen Bereich in speziell eingerichteten Krankenhäusern bei strenger Indikation durchgeführt wird [Nürnberg, 2010].
2.2.3 Positronenemissionstomographie (PET)
Beim Verfahren der Positronenemissionstomographie, kurz PET, werden unter dem Einsatz künstlich hergestellter radioaktiver Nuklide, die dem Patienten als Tracer injiziert werden, diagnostische Aussagen erzielt [Hämisch, Egger, 2007]. Entsprechend der Anreicherung des Tracers im Körper können beispielsweise in der Onkologie Aussagen zum Staging und der Lokalisierung von Metastasen und Karzinomen getroffen werden (s. Abb. 9/10).
Weitere Einsatzgebiete neben der Onkologie sind die Neurologie, wo mithilfe der PET unter anderem Rückschlüsse auf Demenzerkrankungen gezogen werden können oder Morbus Parkinson diagnostiziert werden kann, sowie die Kardiologie, die mittels PET-CT die Myokardperfusion untersucht. Ein limitierender Faktor der PET ist die räumliche Aufl ösung, die in der physikalischen Unschärfe des Verfahrens (Zerfallsort des Nuklids und Nachweisort der Annihilation sind räumlich voneinander getrennt) begründet ist [Hämisch, Egger, 2007]. Dem wird mit der Entwicklung eines Kombinationsverfahrens aus PET und CT, der PET/CT, bereits seit Anfang der 2000er Jahre Rechnung getragen. Beide Scantechniken finden in einem Untersuchungsvorgang statt, wobei mittels der CT eine Visualisierung anatomischer Strukturen stattfindet und mittels der PET molekulare Stoffwechselvorgänge untersucht werden. Die PET/CT ermöglicht daher eine wesentlich präzisere Aussage zur Lokalisation stoffwechselaktiver Bereiche als eine reine PET.
Die Pioniere der Nuklearmedizin waren bereits in den frühen 1960er Jahren bestrebt, positronenemittierende Radionuklide zur Diagnostik einzusetzen. Die Zahl der weltweit installierten Positronenemissionstomographen wächst rasant und es ist davon auszugehen, dass die PET-Diagnostik in ähnlichem Umfang angewendet werden wird, wie die bereits vorgestellte MRT und CT. Im Einsatz sind heute, wie bereits erwähnt, hauptsächlich PET-CT-Scanner, also Kombinationsgeräte, die sich die jeweiligen klinischen Vorteile der unterschiedlichen Techniken zu Nutze machen und daher präziser sind [Hämisch, Egger, 2007]. Je nach Indikationsgebiet kommen dabei unterschiedliche Stoffe als radioaktive Tracer zum Einsatz.
2.2.4 Dentale Volumentomographie (DVT)
Die dentale Volumentomographie (DVT) ist ein bildgebendes Verfahren, das in der Zahnmedizin zum Einsatz kommt. Bei dieser relativ neuen Aufnahmetechnik kommen ein dreidimensionales Strahlenbündel und ein Flächendetektor zum Einsatz. Das zu untersuchende Körperteil wird kreisförmig umfahren bzw. umlaufen und dabei eine hohe Anzahl an Projektionsaufnahmen erzeugt. Aus der Gesamtheit dieser Aufnahmen wird schließlich ein 3-D-Volumen des entsprechenden Körperteils berechnet (s. Abb. 11/12).
Von der bereits beschriebenen CT grenzt sich die DVT durch die Verwendung eines dreidimensionalen Nutzstrahlenbündels sowie eines zweidimensionalen Bildrezeptors ab. Wie bei der CT kommt es jedoch auch bei der DVT zu unvermeidlichen Rekonstruktionsproblemen, die zu Artefakten führen, beispielsweise zu Auslöschungs- und Aufhärtungsartefakten. Diese sind durch hochdichte Strukturen (z.B. metallische Restaurationen) in Strahlengangrichtung bedingt. Die Beurteilung unmittelbar angrenzender Strukturen (z.B. Approximalräume in der Kariesdiagnostik) kann dadurch erschwert oder unmöglich gemacht werden. Ebenso können pathologische Strukturen vorgetäuscht werden. Zudem kann es aufgrund der längeren Umlaufzeiten zu Verwacklungseffekten kommen, die bei höherer Auflösung zunehmen.
Als Indikationsgebiete in der Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde sind die zahnärztliche Prothetik (z. B. bei der Gewinnung zusätzlicher Informationen
über die Diagnostik der Pfeilerwertigkeit), Funktionsdiagnostik und -therapie (z. B. zum Ausschluss primärer Kiefergelenkerkrankungen), chirurgische Zahnheilkunde (z. B. bei der Diagnose von Wurzelfrakturen), Implantologie (z. B. zur Visualisierung und Vermessung der knöchernen Ausgangssituation), Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (z. B. zur Diagnose von Kieferhöhlenerkrankungen) als auch die Kieferorthopädie (z. B. zur Diagnose von Anomalien des Zahnbestandes) zu nennen [S1-Leitlinie Dentale Volumentomographie der DGZMK].