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Bildgebende Verfahren 1 Kurs Zusammenfassung Sommersemester 2018...

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RADIOLOGIE! 1. Röntgen! „Rechtfertigende Indikation“! - Indikationsstellung durch den Arzt! - Gesundheitlicher Nutzen überwiegt das Strahlenrisiko! - Befragung hinsichtlich vorangegangener Untersuchungen u. Schwangerschaft! Kontraindikation = keine absoluten Kontraindikationen, jedoch die „rechtfertigende Indikation“! CAVE!!! Schwangerschaft sollte vor jeder Röntgenaufnahme erfragt bzw. festgestellt/" " ausgeschlossen werden!

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Ablauf: Elektronen werden durch starke Heizspannung der Kathode (meist Wolfram) angeregt und treten aus dem Metall aus. Durch hohe Spannung zw. Kathode und Anode (Anodenspannung) werden sie zur Anode hin beschleunigt. Am Anodenmaterial wird Energie durch die „Bremsstrahlung“ freigesetzt, die in Form von Röntgenstrahlung abgegeben wird. ! Parameter: Anodenspannung und Anodenmaterial! Absorption der Röntgenstrahlen! - Je dichter das Gewebe und je weicher die Strahlung, desto mehr Strahlung wird vom Gewebe absorbiert! - absorbierte Röntgenstrahlen treffen nicht mehr auf den Röntgenfilm und sind somit nicht bildgebend!! - Durch die Absorption wird Energie ins Gewebe freigesetzt, die zu Sauerstoffradikalen führt! 1) Weiche Röntgenstrahlung (< 100 keV)! - energieärmer" -> je energieärmer, desto mehr ist die Absorption von der Ordnungszahl "" " " " des durchstrahlten Gewebes abhängig (und nicht von der Dichte)! " " " -> je höher die Ordnungszahl, desto höher die Absorption! - z.B. Knochen o. Kalk (großer Anteil von Atomen mit hoher Ordnungszahl)! - Schlecht geeignet für Beurteilung von Lungenparenchym (überlagert von knöchernen Strukturen des Thorax) ! 2) Harte Röntgenstrahlung (100-1000 keV)! - energiereicher -> je energiereicher die Röntgenstrahlung, desto mehr ist die Absorption "" " " " von der Dichte abhängig (und nicht von der Ordnungszahl)! " " " -> hohe Knochentransparenz! - geeignet für inhomogene Strukturen (bspw. konventionelle Röntgenthroaxaufnahme)! - schlecht geeignet für knöcherne Strukturen! CAVE!!! Wenngleich weiche Röntgenstrahlung energieärmer ist, führt die starke Absorption durch ! " das Gewebe zu einer hohen Strahlenbelastung!! Röntgenfilm => Aufzeichnung von Röntgenstrahlen! - belichtete Bereiche = geschwärzt (proportional zur Intensität der auftreffenden Strahlung)! - nicht belichtete Anteile = weiß (starke Absorption z.B. des Femurknochen)! => Negativbild (stark belichtete Anteile geschwärzt und wenig belichtete Bereiche weiß)!

- wird ein Organ stärker geschwärzt (z.B. Lungenemphysem) = Transparenzerhöhung! - pathologisch weniger geschwärzt (z.B. Lungeninfiltrat) = Transparenzminderung! Schärfe = abnehmend mit zunehmendem Abstand zw. Röntgenfilm und Objekt! Kontrast = abhängig von Strahlendosis, Filter und Streustrahlenreduktion! Problem: Streustrahlung! = Röntgenstrahlen, die nach Auftreffen zum Teil abgelenkt werden und somit nicht zu einem anatomischen Abbild der Struktur beitragen!

-> Einbringung eines Rasters, das sich im Strahlengang hinter dem darzustellenden Objekt befindet, kann die Streustrahlung reduziert werden ! (Bild wird dadurch auch schwächer, da weniger Strahlen auf den Röntgenfilm treffen, daher meist höhere Strahlendosis verwendet // bei Kinder < 7 J. sind Filter daher verboten)! 1. Konventionelles Röntgen! - Organ immer so nah wie möglich an den Röntgenfilm, da Verzerrung verringert wird und eine genauere Beurteilung der Originalgröße möglich ist! (Bsp: Röntgen-Thorax wenn möglich immer in postioerior-anterior Strahlengang, da das Herz ansonsten „zu groß“ dargestellt wird)! - Möglichst in (mindestens) 2 Ebenen, da jede Einzelaufnahme nur ein zweidimensionales Summationsbild eines dreidimensionalen Untersuchungsgegenstand darstellt! " Vorteile: + Korrekte räumliche Zuordnung von sichtbaren Strukturen! " " + Vermindertes Risiko, Auffälligkeiten durch Überlagerungen zu übersehen! CAVE!!! Thorax-Rö (Bettaufnahme, ant.-post.) Herz aufgrund der Projektion häufig vergrößert! 2. Kontrastmittelaufnahmen ! - Ausscheidungsurogramm, Urethrozystographie, Miktionsurethrogramm! - Darstellung des Harntraktes nach Gabe von röntgendichten Kontrastmittels (jodhaltig)! - i.v. KM-Gabe oder retrograde Gabe von Kontrastmittel via Urethra in die Blase!

- Digitale Subtraktionsangiographie (DSA)! - störende Bildanteile einer Rö-Aufnahme werden weggerechnet (subtrahiert)! - Indikationen: Koronarangiographie (Herzkatheteruntersuchung), Darstellung und Therapie von Hirnarterienaneurysmen u.a.!

Komplikationen — ionisierende Effekte — potentiell gesundheitsschädlich!! Zelltod: - Akutreaktionen wie Erythem und akute Strahlenkrankheit! " - Gewebeumbau (Fibrose, Linsentrübung etc.) bei häufigem strahleninduz. Zelltod! DNA- u. Zellveränderung: kanzerogen, teratogen" ! _______________________________________________________________________________________! 2. Computertomographie (CT) Computer = Datenverarbeitungsanlage, die Röntgenstrahlen miteinander verrechnet! Tomographie = Bildgebendes Verfahren, das Gewebe u. Organe als Schnittbild wiedergibt! - rotierende Röntgenröhre —> dreidimensionales Bild! - keine Überlagerungen, da Bilder in allen drei Ebenen aufgezeichnet werden! - hohe Belastung an ionisierenden Strahlen nachteilig im Vergleich zum MRT! - geeignet zur notfallmedizinischen Versorgung! CAVE!!! „rechtfertigende Indikation“ obligat!

- Darstellung von Knochen u. Gelenken (z.B. bei Polytrauma)! - Darstellung der Bauchorgane (z.B. bei unklarem akutem Abdomen)! - Beurteilung des Hirnparenchyms und Frage nach akuten Hirnblutungen! (frische Blutungen stellen sich im CT hyperdens dar)!

- Darstellung von Gefäßveränderungen (z.B. Hirnarterienaneurysma, pAVK) -> CT-Angiographie! Bilderzeugung: mittels Röntgenröhre, die um den Patienten kreist und auf gegenüberliegende Detektoren (= entsprechen dem Röntgenfilm), die den Strahlengang aufzeichnen!

- heute meist kontinuierlicher Vorschub (Spiral-CT)! Voxel = analog zum Pixel des zweidimensionalen Bildes ist ein Voxel die kleinstmögiche Einheit einer CT!

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- ist dreidimensional und würfelförmig -> je kleiner der Voxel, desto schärfer das Bild! Gewebe mit starker Absorption (= hoher Schwächungswert) -> Voxel kommt hell zur Darstellung! Gewebe mit geringer Absorption (= geringer Schwächungswert) -> Voxel dunkel zur Darstellung! Bildverarbeitung! - entstehenden Graustufen werden mit Hilfe der Hounsfield-Einheiten beschrieben! - Luft = —1000 HE (= schwarz), Wasser 0 HE, Knochen ca. 1000-1500 HE (= weiß)! " "

Problem: durch den Verrechnungsprozess ergeben sich mehr Graustufen, als das " " menschl. Auge aufzulösen vermag!

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Lösung: Fensterung — häufig Lungenfenster, Knochenfenster, Weichteilfenster!

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- Neben Schnittbilddarstellung ist durch Kombination mehrerer Schnittbilder auch eine 3DRekonstruktion der abzubildenden Strukturen möglich!

Kontrastmittel:" hohe Molekulargewicht der KM-Substanzen bewirkt eine hohe Absorption der Röntgenstrahlung, sodass es zu einer starken Verschattung des Bildes kommt! " " " " " "

Oral: Bariumlösungen, Jodhaltifes KM! i.v.: jodhaltige Substanzen ! " -> Arterielle Phase: ca. 20s nach i.v. Injektion erreicht das Kontrastmittel die " " " großen arteriellen Gefäße und macht diese strahlungsdurchlässiger! " -> Venöse Phase: ca. 70s nach Injektion erreicht das KM die venösen Gefäße des " " Körperkreislaufs!

Negatives Kontrastmittel: Da Luft die geringste Dichte aufweist und in einer Röntgen-Aufnahme daher schwarz erscheint, kann es als negatives Kontrastmittel eingesetzt werden (z.B. zur Beurteilung des GI-Trakt)! Vorbereitung: i.v. Gabe von jodhaltigem KM! - Gefahr der KM-Neuropathie (dosisabhängige Nebenwirkung)! - Bestimmung der Nierenfunktionswerte (Kreatinin, GFR)! - Prophylaxe: Ausreichende Hydrierung, ggf. Gabe von Acetylcystein!

- Gefahr der thyreotoxischen Krise! - Bestimmung Schilddrüsenfunktion! - Prophylaxe ! - latente Hyperthyreose: Perchlorat (hemmt Jodaufnahme in die Thyreozyten)! - manifeste Hyperthyreose: zusätzl. Thiamazol (hemmt Schilddrüsenhormonsynthese)! - Gefahr einer allergischen Reaktion! - Anamnese nach vorherigern KM- bzw. Jod-Exposition! CAVE!!! Durch Gabe von jodhaltigem KM kann bei latenter Hyperthyreose eine thyreotoxische " " " Krise ausgelöst werden! Zudem können akuten Nierenversagen und / oder eine "" " " irreversible Verschlechterung der Nierenfunktion, sowie eine schwere allergische Reaktion " " auftreten!! CT-Befundung:! Hypodens: " Röntgenstrahlen werden vom Gewebe nur wenig abgeschwächt, so dass ein " " " " Großteil der Strahlung auf die gegenüberliegende Detektoren trifft -> Strukturen "" " " erscheinen dunkel (z.B. Lungengewebe)! Hyperdens: " Röntgenstrahlen werden vom Gewebe stark abgeschwächt, so dass nur wenige auf die gegenüberliegenden Detektoren treffen -> Strukturen erscheinen hell (z.B. Knochen)! _______________________________________________________________________________________!

3. Magnetresonanztomographie

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insb. Weichteilstrukturen und Nervengewebe sehr gut darstell- u. beurteilbar! mithilfe eines starken Magnetfeldes (nicht Röntgen- o. andere ionisierenden Strahlen)! langfristige Folgeschäden sind nicht bekannt! relative lange Untersuchungsdauer! ferromagnetische Metalle können zu Wechselwirkungen mit dem Magnetfeld führen! (CAVE: Patienten mit bestimmten Körperimplantaten)!

Indikation: insb. Weichteilstrukturen u. Nervengewebe! - Verletzungen von knorpeligen Strukturen u. Bändern (z.B. Sprunggelenksverletzungen, Kreuzbandruptur)! - Tumordiagnostik (z.B. Mammakarzinom)! - Diagnostik von Erkrankungen des Gehirns, Rückenmarks und Nerven (Enzephalitis, Demyelinisierung, Akustikusneurinom)! Wechselwirkung medizinischer Implantate! - Nicht-ferromagnetische Metalle! - Titan, Gold, Silber und Kupfer haben als medizin. Implantate keine Wechselwirkung mit dem statischen Magnetfeld des MRTs!

- Ferromagnetische Metalle - Eisen, Nickel und Cobalt können als medizin. Implantate Wechselwirkungen mit dem

statischen Magnetfeld des MRTs haben! -> Verletzungsgefahr durch Materialerwärmung, Materialbewegung etc.! -> Teilweise in Herzschrittmachern, Innenohrimplantaten enthalten (selten: eisenhaltige " " Splitter, z.B. aus einer Kriegsverletzung)!

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Kern-Spin! Protonen drehen sich mit einer bestimmten Frequenz um sich selbst, wodurch ein kleiner Magnet erzeugt wird. Die Achse dieses Magneten variiert jedoch von Proton zu Proton.! Ausrichtung im Magnetfeld! Wird der menschl. Körper in ein Magnetfeld gebracht, richten sich die Protonen entlang des Magnetfeldes aus.! -> manche Protonen parallel, andere antiparallel! -> einer der beiden Zustände (bspw. der parallele) ist energetisch ärmer und wird von minimal mehr Wasserstoffprotonen eingenommen = Gesamtvektor aller Protonen eher in die parallele Richtung zeigt => Längsvektor entsteht in paralleler Richtung! (Tatsächlich erfolgt die Ausrichtung der Protonen nicht streng entlang der Längsachse des Magnetfeldes, sondern in einem spitzen Winkel zur dieser)! Larmor-Frequenz! Protonen rotieren nicht nur um sich selbst, sondern auch um die Achse des angelegten Magnetfeldes = Präzession! - Frequenz mit der die Protonen um die Magnetlängsachse präzedieren = Larmor-Frequenz " -> abhängig von Feldstärke des Magnetfeldes (je höher die Magnetstärke (in Tesla, T), " " " desto höher die Frequenz)! - Präzessionsfrequenz von Protonen liegt etwa bei 42,5 MHz/T, also im Radiofrequenzbereich! • •

Larmor-Gleichung:!ω = B0!× γ ω =!Larmor-Frequenz, B = Stärke des Magnetfeldes in Tesla, γ = gyromagnetisches Verhältnis

Phase! - bei der Präzession befinden sich nicht alle Protonen zur gleichen Zeit an der gleichen Position, so sind einige Protonen 10° weiter vorne, andere 30° weiter hinten etc.; sie sind also „außer Phase“ — würden sich alle an der gleichen Position befinden, wären sie „in Phase“!

Vektoren im Magnetfeld! Da die Protonen „außer Phase“ um die Magnetlängsachse präzidieren, heben sich die Quervektoren gegenseitig auf. Vor der Anregung besteht also für Protonen im Magnetfeld nur ein Längsvektor (nicht im gleichen Verhältnis parallel und antiparallel).! Anregung der Protonen! Mithilfe eines Hochfrequenzimpulses können Protonen angeregt werden — dies führt zu:! 1. Die antiparallel und parallel ausgerichteten Protonen verteilen sich gleichmäßig und heben sich gegenseitig auf, sodass der Längsvektor (auch Längsmagnetisierung genannt) gleich null wird! 2. Alle Protonen präzedieren nun „in Phase“ um die Längsachse des angelegten Magnetfeldes, sodass ein Quervektor (auch Quermagnetisierung gennant) entsteht! WICHTIG, dass die Frequenz des Impulses der Larmor-Frequenz der Protonen entspricht.! -> bei Wasserstoffprotonen im Radiofrequenzbereich (= Radiofrequenzimpuls)! Relaxation! Wird der Hochfrequenzimpuls abgeschaltet, „entspannen“ sich die Protonen, was wiederum dazu führt, dass! 1. der Längsvektor zunimmt (longitudinale Relaxation) und! 2. der Quervektor abnimmt (transversale Relaxation)! Zeitpunkt an dem 63% der Protonen in Längsrichtung relaxiert sind = T1-Zeit = 0,5-5 s Zeitpunkt an dem 63% der Protonen in Querrichtung relaxiert sind = T2-Zeit = 100-300 ms -> Quermagnetisierung nimmt also schneller ab, als die Längsmagnetisierung zunimmt! -> Beide Prozesse laufen parallel ab, sind aber unabhängig voneinander und hängen von ! unterschiedlichen Faktoren ab! Spin-Gitter-Relaxation! Zunahme der Längsmagnetisierung hängt vom „Protonengitter“ ab, in dem sich die Wasserstoffprotonen befinden! Spin-Spin-Relaxation = Abnahme der Quermagnetisierung! Der Spin wird u.a. davon beeinflusst, in welcher Bindung sie sich befinden. D.h. ein Wasserstoffproton in einer H2O-Bindung hat eine minimal andere Spin-Frequenz als ein Wasserstoffproton in einer Fettsäure. ! Die Wasserstoffprotonen beeinflussen sich gegenseitig in ihrer Spin-Frequenz.! -> Je inhomogener das Gewebe, desto schneller geraten die Protonen außer Phase und desto schneller nimmt die Quermagnetisierung ab! -> Je homogener ein Gewebe, desto langsamer die Abnahme der Quermagnetisierung! So befinden sich z.B. im Wasser nur Wasserstoffprotonen, die alle mit der gleichen Frequenz rotieren und durch keine anderen Protonen (bspw. Wasserstoffprotonen in einer!Fettsäure) gestört werden können. Die Quermagnetisierung hält daher sehr lange an und es wird dementsprechend lange ein intensives Signal abgegeben. Deshalb ist Wasser auf!T2-gewichteten!Bildern!hyperintens.

Interpretation / Befund! Signalintensität: " - hyperintens = Signalstark -> erscheint hell! " " " - hypointens = Signalarm -> erscheint dunkel! " " " - isointens = Gleiche Signalstärke wie ein Vergleichsgewebe! Kontrastmittel Gadolinium: (freies Gadolinium ist hochtoxisch) ! - Wirkprinzip: Gadolinium ist stark paramagnetisch -> Protonen in der Umgebung „relaxieren“ ! " schneller, v.a. von Wasser -> Erhöhung des Kontrasts zwischen verschiedenen " " " Geweben!

- Anwendung: i.d.R. unmittelbar vor Untersuchung wird die benötigte Dosis i.v. injiziert! - Kontraindikation: bei schwerer (GFR < 30ml/min) u. terminaler Niereninsuffizienz " " " " (Dialysepflichtigkeit) möglichst keine Anwendung! " -> Komplikationsmöglichkeit: nephrogene systemische Fibrose

Merkspruch: „T1 und T2 ist wie Schwarz-Weiß-Sehen von Flüssigkeiten“ und „H2O ist in T2 " " hyperintens (hell)“!!

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Magnetresonanzspektroskopie (MRS)! = Verfahren, das den Spin von unterschiedlichen Protonen in einem definierten Volumen registrieren kann, wodurch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und den Metabolismus des Gewebes gezogen werden können! Bei der MR-Spektroskopie wird der Frequenzbereich ausgedehnt:! - es können auch Spins von anderen Atomkernen registriert werden wie bspw. Kohlenstoff und Phosphor sowie der Spin von Wasserstoffkernen die sich in anderen Bedinungen befinden! - Spin der Atomkerne werden von Bindungen die Atome eingegangen sind beeinflusst -> quantitative Aussagen über die Substanzen in einem bestimmten untersuchten Gewebe! Formen: 1H-MRS = Protonen-MRS! " 31P-MRS = Phosphor-MRS! Protonensprektoskopie! = kann der Spin von Protonen in unterschiedlichen Bindungen gemessen und so das Gewebe in einzelne Substanzen „aufgeschlüsselt werden! -> Protonen zeigen je nach eingegangenen Bindung einen eigenen spezifischen Spin, weshalb bei der Protonen-MRS individuelle Frequenzen registriert werden = „chemical shift“ Durchführung:! - Signal von Protonen in H2O-Bindung und Fetten wird unterdrückt! - Signal von Protonen in anderen chem. Bindungen kann registriert werden! (CAVE: Frequenzspektren überlappen zum Teil, daher nicht beliebig viele Substanzen unterscheidbar)! Gängige Substanzen:"- N-Acetylaspartat (NAA) (v.a. Protonenspektroskopie des Gehirns)! " " " - Kreatin/Phosphokreatin (Cr) (Energiestoffwechsel d. Zelle / Tumor)! " " " - Cholinhaltige Verbindungen (Cho) (v.a. in Zellmembranen, in vielen " " " " Geweben nachweisbar, bei Tumorgewebe häufig erhöht)! " " " - Citrat (v.a. Prostatakarzinom)!

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_______________________________________________________________________________________! 4. Angiographie! = Diagnostik von Blutgefäßveränderungen (seltener auch für Lymphgefäßveränderungen)!

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