Wie funktioniert ein CT? Anders als bei einer normalen Röntgenaufnahme entsteht bei der Computertomografie nicht nur ein einzelnes zweidimensionales Bild. Ein Röntgensystem bewegt sich während der Untersuchung um den Körper und erfasst ihn aus vielen verschiedenen Richtungen.
Detektoren messen, wie stark die Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Körper abgeschwächt wird. Aus diesen Messdaten berechnet ein Computer detaillierte Schnittbilder. Dadurch können Radiolog:innen Organe, Knochen, Gefässe und andere Strukturen weitgehend überlagerungsfrei betrachten und Veränderungen räumlich genau lokalisieren.
Kurz gesagt: Wie entstehen CT-Bilder?
Im CT durchdringen Röntgenstrahlen den Körper aus vielen verschiedenen Richtungen. Detektoren messen die Abschwächung der Strahlung, und ein Computer berechnet daraus Schnittbilder des Körpers.
Aus einem einzigen CT-Datensatz können anschliessend Bilder in unterschiedlichen Ebenen und bei Bedarf auch dreidimensionale Darstellungen erzeugt werden.
Einen allgemeinen Überblick über Untersuchung, Einsatzgebiete, Kontrastmittel und Strahlenschutz finden Sie im Beitrag CT einfach erklärt: Ablauf, Strahlung und Kontrastmittel.
Was bedeutet Computertomografie?
CT ist die Abkürzung für Computertomografie. „Tomografie“ bezeichnet ein Verfahren, das den Körper schichtweise darstellen kann.
Bei einer klassischen Röntgenaufnahme werden verschiedene Strukturen entlang des Röntgenstrahls auf ein zweidimensionales Bild projiziert. Dadurch können sie sich gegenseitig überlagern.
Die CT löst dieses Problem weitgehend. Sie berechnet aus zahlreichen Messungen einzelne Schichten. Dadurch lässt sich beispielsweise erkennen, ob eine Veränderung vor, hinter oder innerhalb eines Organs liegt.
Was befindet sich im CT-Ring?
Der grosse ringförmige Teil eines CT-Geräts wird als Gantry (Gehäuse mit den für die Bildaufnahme notwendigen technischen Komponenten) bezeichnet.
In ihrem Inneren befinden sich unter anderem eine Röntgenröhre und ein Detektorsystem. Die Röntgenröhre erzeugt die Röntgenstrahlung. Die Detektoren messen die Strahlung, nachdem sie den Körper durchdrungen hat.
Während der Aufnahme rotiert dieses System sehr schnell um die Patientin oder den Patienten. Von aussen sieht man diese Bewegung normalerweise nicht, weil die rotierenden Komponenten innerhalb der Gantry liegen.
Was passiert mit den Röntgenstrahlen im Körper?
Röntgenstrahlen werden auf ihrem Weg durch den Körper unterschiedlich stark abgeschwächt. Wie stark dies geschieht, hängt unter anderem von der Zusammensetzung und Dichte des durchstrahlten Gewebes ab.
Luft schwächt Röntgenstrahlung beispielsweise nur wenig ab. Knochen schwächt sie wesentlich stärker. Weichteile liegen dazwischen.
Die Detektoren registrieren diese Unterschiede. Genau diese Messwerte bilden die Grundlage für die spätere Berechnung der CT-Bilder.
Wie wird aus den Messdaten ein Schnittbild?
Eine einzelne Messung aus nur einer Richtung würde dafür nicht ausreichen. Deshalb erfasst das CT dieselbe Körperregion aus sehr vielen verschiedenen Richtungen.
Vereinfacht kann man sich das so vorstellen: Betrachtet man einen Gegenstand nur von vorne, erhält man wenig Information über seine räumliche Tiefe. Betrachtet man ihn dagegen aus zahlreichen Richtungen, lässt sich sein räumlicher Aufbau wesentlich genauer bestimmen.
Beim CT übernimmt ein Computer diese Aufgabe mathematisch. Er berechnet aus einer sehr grossen Zahl von Messwerten, wie stark die Röntgenstrahlung an den einzelnen Positionen im Körper abgeschwächt wurde.
Das Ergebnis ist ein digitales Schnittbild.
Warum bewegt sich die Untersuchungsliege?
Bei modernen CT-Geräten rotiert das Röntgensystem kontinuierlich, während sich die Untersuchungsliege gleichzeitig durch die Gantry bewegt.
Dadurch werden die Messdaten entlang einer spiralförmigen Bahn um den Körper aufgenommen. Dieses Verfahren wird als Spiral-CT oder Helical-CT bezeichnet.
Auf diese Weise können grössere Körperregionen innerhalb sehr kurzer Zeit erfasst werden. Das ist einer der Gründe, warum die CT besonders in der Notfalldiagnostik eine wichtige Rolle spielt.
Wie die Untersuchung für Patient:innen praktisch abläuft und welche Vorbereitung erforderlich sein kann, erklären wir im Beitrag CT-Untersuchung: Ablauf, Dauer und Vorbereitung.
Was sind CT-Schichten?
Ein moderner CT-Datensatz enthält räumliche Informationen aus der untersuchten Körperregion. Daraus können sehr dünne Schnittbilder berechnet werden, sodass Radiolog:innen den Körper praktisch Schicht für Schicht betrachten können.
Das ist ein wesentlicher Unterschied zur normalen Röntgenaufnahme. Strukturen, die sich dort gegenseitig überlagern, können im CT räumlich voneinander getrennt beurteilt werden.
Moderne CT-Datensätze ermöglichen sehr dünne Schichten. Dadurch lassen sich auch kleine anatomische Strukturen detailliert darstellen.
Warum kann man CT-Bilder von verschiedenen Seiten betrachten?
Obwohl die Messdaten während einer einzigen Untersuchung aufgenommen werden, ist ihre spätere Betrachtung nicht auf eine Richtung beschränkt.
Aus einem ausreichend dünnschichtigen Datensatz kann der Computer beispielsweise Bilder in drei wichtigen anatomischen Ebenen berechnen:
- Axial: Darstellung des Körpers in Querschnitten.
- Koronar: Darstellung in einer Ebene von vorne beziehungsweise hinten.
- Sagittal: Darstellung in einer Ebene von der Seite.
Diese sogenannten multiplanaren Rekonstruktionen, kurz MPR (nachträglich aus einem CT-Datensatz berechnete Bilder in unterschiedlichen Ebenen) ermöglichen es, eine Veränderung aus verschiedenen Richtungen zu beurteilen, ohne die CT erneut durchführen zu müssen.
Kann ein CT auch dreidimensionale Bilder erzeugen?
Ja. Da eine CT einen räumlichen Datensatz erzeugt, können daraus auch dreidimensionale Darstellungen berechnet werden.
Das kann beispielsweise bei komplizierten Knochenbrüchen, Gefässerkrankungen oder vor bestimmten Operationen hilfreich sein.
Wichtig ist: Eine dreidimensionale Darstellung ist normalerweise keine zusätzliche CT-Aufnahme. Sie wird nachträglich aus den bereits vorhandenen Daten berechnet und verursacht deshalb für sich allein keine zusätzliche Strahlenexposition.
Bei Gefässerkrankungen werden solche Rekonstruktionen besonders häufig eingesetzt. Wie Gefässe mithilfe von Kontrastmittel dargestellt werden, erläutern wir im Beitrag CT-Angiografie: Blutgefässe im CT.
Was sind Hounsfield-Einheiten?
Jedem Bereich des CT-Bildes wird entsprechend seiner gemessenen Röntgenabschwächung ein Zahlenwert zugeordnet. Diese Werte werden als Hounsfield-Einheiten, kurz HU (Zahlenwerte zur Beschreibung der Röntgenabschwächung eines Gewebes im CT) bezeichnet.
Wasser liegt definitionsgemäss bei ungefähr 0 HU. Luft besitzt stark negative Werte, während beispielsweise Knochen deutlich positive Werte erreicht.
Die CT kann dadurch nicht nur zeigen, wo sich eine Struktur befindet. Die gemessenen Dichtewerte können auch Hinweise auf ihre Zusammensetzung geben.
Warum gibt es verschiedene „Fenster“ im CT?
Die Spannweite der im CT gemessenen Dichtewerte ist wesentlich grösser, als das menschliche Auge gleichzeitig als Graustufen unterscheiden kann.
Deshalb verwenden Radiolog:innen unterschiedliche Fenstereinstellungen (gezielte Darstellung eines bestimmten Bereichs der gemessenen CT-Dichtewerte).
Bei einer CT des Brustkorbs kann beispielsweise derselbe Datensatz einmal im Lungenfenster und einmal im Weichteilfenster betrachtet werden. Für die Beurteilung von Knochen kann wiederum eine andere Fenstereinstellung gewählt werden.
Die ursprünglichen Messdaten verändern sich dabei nicht. Lediglich ihre Darstellung auf dem Monitor wird an die jeweilige diagnostische Fragestellung angepasst.
Warum ist die CT so schnell?
Moderne CT-Geräte können während einer einzigen Rotation grosse Mengen an Messdaten erfassen. Gleichzeitig bewegen sich Röntgenröhre und Detektorsystem mit hoher Geschwindigkeit um den Körper.
Dadurch können bestimmte Körperregionen innerhalb weniger Sekunden aufgenommen werden. Bei Untersuchungen von Brustkorb oder Bauch reicht deshalb häufig eine kurze Atempause.
Diese Geschwindigkeit ist besonders wichtig, wenn Patient:innen schwer verletzt oder akut erkrankt sind oder nicht lange ruhig liegen können.
Warum muss man während der CT stillliegen?
Das CT berechnet seine Bilder aus Messdaten, die zu bestimmten Zeitpunkten und Positionen aufgenommen wurden. Bewegt sich die untersuchte Körperregion währenddessen, passen diese Informationen möglicherweise nicht mehr exakt zusammen.
Dadurch können Bewegungsartefakte (Bildstörungen durch Bewegungen während der Aufnahme) entstehen. Sie können Strukturen unscharf erscheinen lassen und die diagnostische Beurteilung erschweren.
Deshalb erhalten Patient:innen bei manchen Untersuchungen die Anweisung, kurz die Luft anzuhalten oder sich möglichst nicht zu bewegen.
Kann man die Röntgenstrahlung während einer CT spüren?
Nein. Röntgenstrahlung kann man weder sehen noch fühlen.
Empfindungen während einer CT entstehen beispielsweise durch die Lagerung oder durch ein intravenös verabreichtes Kontrastmittel. Dieses kann für kurze Zeit ein Wärmegefühl verursachen.
Das CT selbst erzeugt während des Betriebs Geräusche, weil sich technische Komponenten im Inneren mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Diese sind normalerweise deutlich weniger ausgeprägt als die typischen lauten Klopfgeräusche einer MRI-Untersuchung.
Warum wird manchmal Kontrastmittel verwendet?
Die CT kann bereits ohne Kontrastmittel zahlreiche Unterschiede zwischen Geweben darstellen. Manche Organe, Blutgefässe oder krankhafte Veränderungen lassen sich jedoch mit einem Kontrastmittel wesentlich besser voneinander unterscheiden.
Bei der CT wird dafür häufig ein jodhaltiges Kontrastmittel über eine Vene verabreicht. Es verändert vorübergehend die Röntgenabschwächung in Gefässen und gut durchbluteten Geweben.
Ob Kontrastmittel notwendig ist, hängt von der medizinischen Fragestellung ab. Viele CT-Untersuchungen können auch ohne Kontrastmittel durchgeführt werden.
Wann Kontrastmittel tatsächlich benötigt wird und welche normalen Empfindungen während der Injektion auftreten können, erklären wir ausführlich im Beitrag CT-Kontrastmittel: Wann wird es benötigt und wie fühlt es sich an?.
Welche Bedeutung die Nierenfunktion bei einer geplanten Kontrastmittelgabe hat, erläutern wir im Beitrag CT-Kontrastmittel und Nierenfunktion.
Verwendet eine CT Röntgenstrahlung?
Ja. Eine CT arbeitet mit ionisierender Röntgenstrahlung. Deshalb wird sie nicht ohne medizinischen Grund durchgeführt.
Moderne Geräte passen die benötigte Strahlung möglichst genau an die jeweilige Untersuchung an. Dabei gilt das Prinzip, nur so viel Strahlung einzusetzen, wie für eine diagnostisch ausreichende Bildqualität erforderlich ist.
Wie hoch die Strahlendosis ist, hängt unter anderem von der untersuchten Körperregion, der medizinischen Fragestellung, dem Untersuchungsprotokoll und den körperlichen Voraussetzungen ab.
Eine ausführliche Einordnung von Strahlendosis, stochastischen Risiken und moderner Dosisoptimierung finden Sie im Beitrag Strahlung beim CT: Dosis und Risiken.
Bei geeigneten Fragestellungen können spezielle dosisreduzierte Protokolle eingesetzt werden. Mehr dazu erfahren Sie unter Low-Dose-CT: Was bedeutet das und wann wird es eingesetzt?.
Was kann eine CT besonders gut darstellen?
Die CT ist ein vielseitiges bildgebendes Verfahren. Zu ihren besonderen Stärken gehören die Darstellung von Lunge, Knochen, Verkalkungen und Blutgefässen sowie die Untersuchung zahlreicher Erkrankungen und Verletzungen von Brustkorb und Bauchraum.
Sie eignet sich ausserdem besonders für Situationen, in denen innerhalb kurzer Zeit grosse Körperregionen untersucht werden müssen.
Für andere Fragestellungen können MRI oder Ultraschall besser geeignet sein. Welches Verfahren gewählt wird, hängt deshalb immer von der konkreten medizinischen Situation ab.
Welche Strukturen im CT besonders gut und welche weniger gut beurteilt werden können, erklären wir ausführlich im Beitrag Was sieht man im CT besonders gut – und was nicht?.
Häufige Missverständnisse
„Bei einer CT wird einfach sehr oft geröntgt.“
Das beschreibt das Verfahren nur unvollständig. Eine CT verwendet zwar Röntgenstrahlung und erfasst den Körper aus vielen Richtungen. Entscheidend ist jedoch, dass aus diesen Messdaten mathematisch ein räumlicher Datensatz mit Schnittbildern rekonstruiert wird.
„Das CT-Gerät ist eine lange geschlossene Röhre.“
Nein. Die Öffnung eines CT-Geräts ist vergleichsweise kurz und ringförmig. Das unterscheidet die CT auch äusserlich von vielen MRI-Geräten.
„Die CT-Bilder entstehen bereits so, wie der Radiologe sie auf dem Monitor sieht.“
Nicht ganz. Zunächst entstehen Messdaten. Daraus berechnet der Computer die CT-Bilder.
Anschliessend können Radiolog:innen daraus unterschiedliche Ebenen, Schichtdicken, Fenstereinstellungen und dreidimensionale Darstellungen erzeugen.
„Ein dreidimensionales CT bedeutet zusätzliche Strahlung.“
Nein. Eine 3D-Darstellung kann aus einem bereits aufgenommenen CT-Datensatz berechnet werden. Dafür ist normalerweise keine zusätzliche Röntgenaufnahme erforderlich.
„Je mehr CT-Bilder entstehen, desto höher ist automatisch die Strahlendosis.“
Nein. Aus einem einzigen aufgenommenen Datensatz können nachträglich zahlreiche Schnittbilder, Rekonstruktionen und dreidimensionale Darstellungen berechnet werden. Entscheidend für die Strahlenexposition sind die tatsächlich durchgeführten Röntgenaufnahmen beziehungsweise Scanphasen, nicht die Zahl der anschliessend erzeugten Bilddateien.
Fazit
Wie funktioniert ein CT? Während der Untersuchung rotiert ein Röntgensystem um den Körper und erfasst aus zahlreichen Richtungen, wie stark unterschiedliche Gewebe die Röntgenstrahlung abschwächen. Ein Computer berechnet aus diesen Messdaten detaillierte Schnittbilder.
Der grosse Vorteil liegt im entstehenden räumlichen Datensatz: Radiolog:innen können den Körper Schicht für Schicht betrachten, Bilder in verschiedenen Ebenen rekonstruieren, unterschiedliche Gewebe anhand ihrer Röntgenabschwächung beurteilen und anatomische Strukturen weitgehend ohne störende Überlagerungen darstellen.
Genau die Verbindung aus schneller Datenerfassung und computergestützter räumlicher Rekonstruktion macht die Computertomografie zu einem der wichtigsten Verfahren der modernen medizinischen Bildgebung.
Weiterführende Beiträge
- CT einfach erklärt: Ablauf, Strahlung und Kontrastmittel
- CT-Untersuchung: Ablauf, Dauer und Vorbereitung
- Was sieht man im CT besonders gut – und was nicht?
- CT-Kontrastmittel: Wann wird es benötigt und wie fühlt es sich an?
- CT-Kontrastmittel und Nierenfunktion
- CT-Angiografie: Blutgefässe im CT
- Strahlung beim CT: Dosis und Risiken
- Low-Dose-CT: Was bedeutet das und wann wird es eingesetzt?
- CT in Schwangerschaft und bei Kindern
Literatur und weiterführende Informationen
- Bundesamt für Gesundheit (BAG): Computertomografie und Strahlenschutz in der medizinischen Bildgebung. Schweiz.
- International Commission on Radiological Protection (ICRP): Radiological Protection in Medicine. ICRP Publication 105. Annals of the ICRP. 2007.
- European Commission: European Guidelines on Quality Criteria for Computed Tomography.
- Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt EM, Boone JM: The Essential Physics of Medical Imaging. Wolters Kluwer.
- Kalender WA: Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications. Publicis Publishing.
