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ComputertomographieGeschichte und Technologie

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Auf Innovation kommt es an

In den 70er Jahren hat die Computertomographie (CT) die Medizin-technik und ihre Einsatzmöglichkeiten revolutioniert. Heute hat sichCT in der Welt der Medizin etabliert und ist zum unverzichtbaren undintegrierten Bestandteil der Routinearbeit in Krankenhäusern undmedizinischen Praxen geworden.

Von Anfang an war Siemens Medical Solutions in der CT-Technologieführend. Patienten- und Nutzerfreundlichkeit, optimierterWorkflow, exzellente Bildqualität und hoch entwickeltediagnostische Möglichkeiten waren immer Schwerpunktein der Entwicklung von Technologie und Design. Ziel warstets, CT-Untersuchungen für den Arzt und den Patientenso komfortabel wie möglich zu machen.

Diese Broschüre gibt einen kurzen Überblick und Einblick in dieGeschichte der CT und die Technologie, die dahinter steckt – vomAnfang bis zur Gegenwart.

Auch zukünftig wird Siemens Innovationen im Bereich CT entwickelnund die Technologie vorantreiben.

Historische Skizze

Was ist CT?

Komponenten eines CT-Systems

CT im klinischen Einsatz

CT-Meilensteine1974 – Erstes CT-System1987 – Erstes Spiral CT1998 – Erstes Multislice CT2005 – Erstes Dual Source CT

Portfolio der Siemens CT-Lösungen

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4

6

8

10

12162026

30

4

1972

Computertomographie

In London läutetGodfrey N. Hounsfieldmit seiner Entwicklungder Computertomographieeine neue Ära in derdiagnostischenBildgebung ein

08.11.1895

Der Physiker und spätereNobelpreis-GewinnerWilhelm Conrad Röntgen(1845–1923) entdeckt dieRöntgenstrahlen

Röntgenstrahlung

Röntgenbild von derHand seiner Frau

1974

Sofortbildrekonstruktion

Erstes CT-SystemSIRETOM

SIRETOM CT-System

1987/88

Kontinuierliche Rotationvon Röhre und Detektor

KürzereUntersuchungszeiten

Höherer Patientenkomfort

Erstes Spiral CTSOMATOM Plus

SOMATOM Plus CT-System

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Sub-SekundenSpiral CT

Größere Voluminawerden schnellererfasst, kürzeresAtemanhalten,verbesserte Auflösungdünner Schichten

Sub-Sekunden Spiral CT, lange MPR,Unterleib/Becken, SOMATOM Plus 4

UFC (Ultra FastCeramic) Detektor

Gleich guteBildqualität beideutlich reduzierterStrahlendosis

1998

Multislice Spiral-Scansmit 4 Schichten proRotation

SchnellsteRotationszeit von0,5 Sekunden

Erster Einsatz vonCardio CT in einerRoutine-Operation

Erstes Multislice CTSOMATOM Volume Zoom

Einführung dersiemenseigenenSTRATON®Röntgenröhren-Technologie

Sehr hohe Abkühl-geschwindigkeit undkleinere Röhre dankdirekter Ölkühlungder Anode

2005

RevolutionäretechnischeEntwicklung:Dual Source CTmit zwei Röntgen-einheiten und zweiDetektoren in einerGantry

Erstes Dual Source CTSOMATOM Definition

1994

Spiral CTSOMATOM Plus 4

1996/97

Lightning UFC™

2003

STRATON®

Was ist CT?

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Seit Wilhelm Conrad Röntgen im Jahr 1895 dieRöntgenstrahlen entdeckte, haben Forscherversucht, Wege zu finden, den Körper bis zumkleinsten anatomischen Detail zwei- und sogardreidimensional abzubilden. In den 70er Jahrenentwickelten der britische Ingenieur Godfrey N.Hounsfield und der amerikanische Arzt Allan M.Cormack die Computertomographie (CT), indem siedie Röntgentechnologie mit Computern koppelten.Diese spezielle Röntgenmethode nimmt Schicht-aufnahmen von verschiedenen Körperregionen aufund visualisiert nicht nur Knochen, sondern auchWeichteil-Gewebe. Für diese Erfindung erhieltendie zwei Wissenschaftler 1979 den Nobelpreis fürMedizin.

In der Radiologie wird CT als die größte Erfindungseit der Entdeckung der Röntgenstrahlen angesehen,da diese Bildgebungstechnik Ärzten einen Einblickin den menschlichen Körper gewährt, wie er vorhernicht möglich war. Heute ist CT eine der wichtigstenMethoden der radiologischen Diagnose. Sie liefertüberlagerungsfreie Querschnittsbilder des Körpersund zeigt niedrigere Kontrastunterschiede als her-kömmliche Röntgenbilder. Dies erlaubt eine bessereVisualisierung von speziellen, anders strukturiertenGeweberegionen, die mit gewöhnlichen Röntgen-untersuchungen nicht sichtbar gemacht werdenkönnen.

Wilhelm Conrad Röntgen(1845–1923), Entdeckerder Röntgenstrahlung

Röntgenbild derHand von FrauRöntgen

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Aufbau eines CT-Systems

Ein CT-System enthält verschiedene Komponenten.Die wichtigsten sind:

• Die Scaneinheit, die sogenannte Gantry, die u.a.aus der Röntgen- und der Detektoreinheit besteht.

• Der Patiententisch.

• Der Bildprozessor zur Bildrekonstruktion.

• Die Konsole.

Im CT-Scanner sind die Röntgeneinheit (oder Röhre),die als Sender funktioniert, und die Detektoreinheit,die als Empfänger agiert, in einer ringförmigen Einheit,der Gantry, untergebracht. In der Gantry ist derDetektor gegenüber der Röntgeneinheit positioniert.Der Patiententisch befindet sich in der Mitte derGantry. Während einer CT-Untersuchung rotiert dieGantry um den Körper des Patienten. Röntgen-strahlen, die den Körper des Patienten durchdringen,werden gemäß der Dicke und der Art des Gewebesabgeschwächt. Der Detektor empfängt dieseabgeschwächten Röntgenstrahlen und transformiertsie in sichtbares Licht. Photodioden wandeln diesesLicht in elektrische Signale um, die anschließenddurch die integrierte Detektorelektronik in digitaleSignale konvertiert werden. Diese digitalen Signalewerden über Hochgeschwindigkeits-Glasfaser-verbindungen zum Bildprozessor übertragen.

Dort werden mit komplexen Berechnungenhochauflösende Bilder in Echtzeit generiert.

Die Konsole ist die Kontrolleinheit für alle Unter-suchungsabläufe und multifunktional. An ihr werdendie Untersuchungsergebnisse ausgewertet. Um denWorkflow zu verbessern, hat Siemens eine Doppel-Konsole entwickelt, mit der man beide Funktionen(Untersuchung und Auswertung) gleichzeitigausführen kann.

Scan-einheit

Patienten-tisch

Bild-prozessor

Konsole

Komponenten eines CT-Systems

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Röntgen-Komponenten

• Röntgeneinheit oder RöhreHersteller von CT-Systemen benutzen Röntgen-einheiten mit variablen Fokusgrößen. Dies istvergleichbar mit der Fotographie: Für Bilder mitweniger Kontrast braucht man eine große Fokus-größe, für hochauflösende Bilder mit dünnenSchichten eine kleine Fokusgröße. Die Röhren inmodernen CT-Scannern warten mit einer Leistungvon 20–80 kW bei einer Spannung von 80–140 kVauf. Der Scanner kann jedoch nur für einebegrenzte Zeit mit maximaler Leistung genutztwerden. Der oberste Grenzwert wird durch dieEigenschaften der Anode und des Generatorsbestimmt. Um eine Überlastung der Röntgen-einheit zu verhindern, muss die Leistung beilängeren Scans reduziert werden. Die Entwicklungvon Multislice Detektor-Systemen hat dieseEinschränkungen praktisch ausgeschlossen, dadiese Detektoreinheiten die vorhandene Leistungder Röhre effizienter nutzen.

• AbschirmungJeder CT-Scanner ist mit Blenden, Kollimatoren undFiltern ausgestattet, um gegen Streustrahlung zuschützen, die Scan-Schicht festzulegen und dieenergiearmen Anteile des Röntgenspektrums zuabsorbieren. Somit werden die Patienten und derArzt vor zu viel Röntgenstrahlung geschützt.

Komponenten zur Datenerfassung

• DetektorDie Detektoreinheit hat im Zusammenspiel derCT-Komponenten eine spezielle Rolle inne. Siekonvertiert die auftreffenden Röntgenstrahlen,die alle eine unterschiedliche Intensität besitzen,in elektrische Signale. Diese analogen Signalewerden durch nachgeschaltete elektronischeKomponenten verstärkt und in digitale Impulseumgewandelt. Im Laufe der Zeit haben sichbestimmte Materialien als besonders effektiv inder Verwertung von Röntgenstrahlen erwiesen.Siemens beispielsweise nutzt Ultra Fast Ceramic(UFC™) Detektoren, die durch ihre exzellentenMaterialeigenschaften die Bildqualität drastischverbessern, ohne die Strahlendosis zu erhöhen.

Scaneinheit =Gantry

Detektor

Röntgeneinheit =Röhre

Rotation derRöntgeneinheitund des Detektors

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Patiententisch

CT im klinischen Einsatz

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CT im täglichen klinischen Gebrauch

Bedeutende technologische und klinische Fortschrittein den letzten Jahren haben CT-Scanner bei vielen(Patienten-)Indikationen zu dem Standard-Unter-suchungssystem gemacht. Vor allem CT-Scanner vonSiemens bieten die außergewöhnliche räumliche wiezeitliche Auflösung, die Ärzte brauchen. Zusätzlichhat Siemens spezielle Software-Applikationenentwickelt, die den klinischen Arbeitsablauf von derBildaufnahme über die Nachbearbeitung bis zurBefunderstellung beschleunigen. Somit liefert SiemensÄrzten und ihren Patienten eine besondere klinischeLösung in den Bereichen Kardiovaskulär CT,Onkologie, Neurologie und für Routineaufnahmen,beispielsweise von der Brust. Darüber hinaus werdenCT-Scanner von Siemens nicht nur in Krankenhäusernoder privaten Praxen genutzt, sie sind auch diebevorzugten Systeme für viele klinische Forschungs-einrichtungen, weltweit.

CT-Angiographie (CTA)

CT-Angiographie ermöglicht mit Hilfe von Kontrast-mittel die Darstellung von Gefäßen. Die Einführungvon Multislice CT-Scannern machte es möglich, mitsehr kurzen Scanzeiten das gesamte Gefäßsystembei maximaler Kontrastverstärkung darzustellen.Kleine Gefäße sowie Embolien oder Dissektionenkönnen dargestellt werden. Im Nachhinein kannder Arzt unterschiedliche Projektionen wählen unddreidimensionale Bilder generieren, beispielsweisefür die Planung operativer Eingriffe.

Klinische Vorteile von CT auf einen Blick

• Exzellente Bildqualität für zuverlässige Diagnosen.

• Intuitive Gefäßanalyse und Planung derBehandlung.

• Erweiterte Möglichkeiten für eine zuverlässigeBewertung von Onkologie-Patienten, die genaueInformation für Diagnose, Stadienbestimmungund Nachuntersuchung für verschiedenartigeTumore liefert.

• Schnelligkeit und hohe Bildqualität, die für eineschnelle Beurteilung von ischämischen undhämorrhagischen Schlaganfällen sowie Hirn-tumoren wichtig sind.

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Wann wird eine CT-Untersuchung durchgeführt?

Hier sind einige Beispiele für CT-Untersuchungen:

• Schädel • Abdomen• Hals • Extremitäten• Thorax • Wirbelsäule

Schädel

Schädel allgemein/Gehirn

Orbita

Sella turcica

Felsenbeine

Nasennebenhöhlen

Circulus Willisii

3D-Schädelknochen

Thorax

Mediastinum

Thorax High Resolution

Brustgefäße

Lungengefäße

Herz

Abdomen/Becken

Leber

CT-Arterioportographie (CTAP)

Bauchspeicheldrüse

Nieren, biphasisch

Nebennieren

Nierenarterien

Unterleibsgefäße

Kleines Becken

Gefäße, Becken/Beine

Hals

Halsweichteile

Halsschlagader

Wirbelsäule

Halswirbelsäule

Brustwirbelsäule

Lendenwirbelsäule

Extremitäten

Schultergelenk

Hüftgelenk

Handwurzelknochen

Kniegelenk

Fuß

1974

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Erstes CT-SystemSIRETOM

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Sequenzielle CT

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1974 war Siemens weltweit der erste Hersteller inder Medizintechnik, der ein CT-System auf denMarkt brachte – SIRETOM, der erste Kopfscanner.Spätere sequenzielle CT-Systeme machen Schicht-aufnahmen des ganzen Körpers. Transversalschichtendes Körpers werden aus unterschiedlichen Winkel-positionen gescannt, während die Röhre und derDetektor ganze 360° um den Patienten bei festerTischposition rotieren. Das Bild wird aus dengewonnenen Projektionsdaten rekonstruiert.Nach jeder Scan-Sequenz bewegt sich der Tischein bisschen entlang der Längsachse des Körpers(z-Richtung), ehe die nächste Schicht aufgenommenwird.

Bewegt sich der Patient während der Aufnahme,sind die erhaltenen Daten der verschiedenenWinkelpositionen jedoch nicht mehr konsistent.Das Resultat: Das Bild wird durch Bewegungsartefakteverschlechtert und ist für die Diagnose nur nochbedingt brauchbar. Diese tomographische Technikist daher für eine Diagnose anatomischer Regionenmit periodischen Bewegungen, wie beispielsweisedes Herzens oder der Lunge, nicht geeignet.

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z-Richtung

Richtung des Patiententransportsnach jeder Scan-Sequenz

Bahn der rotierenden Gantry(Röhre und Detektor)

1987

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Erstes Spiral CTSOMATOM Plus Classic

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Spiral CT

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1987 stellte Siemens das SOMATOM Plus Classicvor, das erste Spiral CT-System für den klinischenRoutinebedarf. Spiral CT ist eine technischeWeiterentwicklung der Computertomographieund wird oft als „Volumenaufnahme-Verfahren”bezeichnet. Im Vergleich zur sequenziellen CT,benutzt sie ein anderes Scan-Verfahren: DerPatient auf dem Tisch wird kontinuierlich entlangder Längsachse des Körpers (z-Richtung) durch dasMessfeld bewegt, während die Gantry mehrere360° Drehungen ausführt. Somit tasten dieRöntgenstrahlen den Körper spiralförmig ab undproduzieren ein Datenvolumen. Dieses wird voneiner Vielzahl dreidimensionaler Bildelemente,den Voxeln, gebildet.

Software-Anwendungen ermöglichen den klinischenEinsatz von Spiral CT sogar für die Körperregionen,die unwillkürlichen Bewegungen unterliegen, wiebeispielsweise die Lunge.

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z-Richtung

Richtung des kontinuierlichenPatiententransports

Bahn der rotierenden Gantry(Röhre und Detektor)

1998

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Erstes Multislice CTSOMATOM Volume Zoom

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Multislice Detektor

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Mit SOMATOM Volume Zoom stellte Siemens im Jahr1998 seinen ersten Multislice CT-Scanner vor. Dankihrer mehrzeiligen Detektoren nutzen MultisliceCTs die Strahlung der Röntgenröhre effektiver alseinzeilige Detektoren. Ein simultanes Scannenmehrerer Schichten des Körpers reduziert die Scan-Zeit beträchtlich und die feinsten Details könneninnerhalb normaler Scan-Zeiten sichtbar gemachtwerden.

Siemens hat so genannte Adaptive Array Detektoren.Ihre Zeilen sind im Inneren des Detektors sehr enggesetzt und werden zum äußeren Rand hin entlangder Längsachse des Körpers (z-Richtung) breiter.Die Kombination aus genauer Einstellung undelektronischer Verknüpfung ermöglicht hoheFlexibilität bezüglich der Auswahl der Schichtdicke.Gleichzeitig wird der freie Raum zwischen denDetektorelementen minimiert und damit auch derfür Bildinformationen nicht nutzbare Bereich.

Multislice CT ermöglicht eine Vielzahl klinischerAnwendungen, von 3D über Perfusion-Bildgebungbis zur CT-Fluoroskopie.

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Einzeilige CTs haben nur eine Detektorzeile entlangder Längsachse des Patienten (z-Richtung), währendMultislice CTs mehrere Detektorzeilen besitzen undso mehrere Schichten des Körpers gleichzeitigaufnehmen können.

16-Schicht Spiral-Aufnahme.

Röntgenröhre

Röhren-Kollimator

Kollimierte Schicht

Detektor-Kollimator

1-zeiligerDetektor

16-zeiligerDetektor

Einschichtige Spiral-Aufnahme.

STRATON-Röntgenröhre

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Herkömmliche Röntgenröhren nutzen einerotierende Anode, die im Vakuum montiert ist. Derbegrenzte Hitzeaustausch zwischen der Anode unddem kühlenden Öl resultiert in einer langsamenAbkühlgeschwindigkeit und folglich in einem Anstiegder Temperatur an der Anode. Daher werden größereAnoden benötigt, die fähig sind, die große Mengean Hitze zu speichern, die während einer Röntgen-Untersuchung produziert wird.

Die STRATON-Röntgenröhre von Siemens bietetinnovative, direkte Ölkühlung der Anode mitKugellagern außerhalb des Vakuums. Ähnlich derElektronenstrahl CT wird ein Elektronenstrahl voneinem elektromagnetischen Feld abgelenkt. Diesgeschieht innerhalb der Röntgenröhre. Darüberhinaus ist das innere Röhrenelement um einigeskleiner als jene in herkömmlichen Röntgenröhren.Das Ergebnis: ein schlankes Röhren-Design.

Seit der Entdeckung der Röntgenstrahlen habenForscher unermüdlich versucht, das Wärmespeicher-vermögen von Röntgenröhren zu erhöhen, damitdiese leistungsfähiger werden. 2003 hat Siemensmit seiner revolutionären STRATON®-Technologieeinen Maßstab gesetzt, der auf der direkten Kühlungder Röntgeneinheit basiert.

STRATON-Röntgenröhre undHandy im Größenvergleich.

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Kathode

Anode

Vakuum

1

Kühlöl

Kathode Anode

Kühlöl

Hitze

1

2

Die herkömmliche Anode erhitzt sichsehr schnell und kühlt nach derBelastung nur langsam wieder ab.

Dank optimaler Kühlung der Anodestaut sich niemals Hitze während derBelastung an.

2005

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Erstes Dual Source CTSOMATOM Definition

Dual Source CT

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2005 revolutionierte Siemens die CT-Welt mit derEinführung des SOMATOM Definition. Was diesenneuen CT-Scanner so besonders macht? Seineeinzigartige Technologie: Dual Source CT. DieseTechnologie basiert auf dem Einsatz von zweiRöntgeneinheiten und zwei Detektoren. DasErgebnis von Dual Source CT ist eine beispielloseBildqualität, die bei niedrigster Strahlung dasfeinste Detail sichtbar werden lässt und so einewesentlich schnellere und zuverlässigere Diagnosegewährleistet. Jetzt können Ärzte jedes Herz beijeder Herzfrequenz scannen. Darüber hinausermöglicht das Dual Source CT bei den meistenPatienten eine sichere Diagnose in einem Scan –ungeachtet ihrer Größe, ihres Zustandes und ihrerHerzfrequenz. Eine notwendige und wichtigeVoraussetzung speziell für die Notfallmedizin.

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Patiententisch

Gantry

Detektor 1

Röntgeneinheit 2

Röntgeneinheit 1

Rotation derRöntgeneinheitund des Detektors

Detektor 2

Rotation derRöntgeneinheitund des Detektors

Portfolio der Siemens CT-Lösungen

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Siemens bietet den richtigen Scanner für jedemedizinische Einrichtung – von kleinerenPraxen über Krankenhäuser bis zu Forschungs-einrichtungen – und für alle körperlichen Belangevon Kopf bis Fuß.

Die SOMATOM-Familie von Siemens umfasstfolgende CT-Scanner:

SOMATOM Spirit

SOMATOM Spirit ist kostengünstig und platzsparendund daher der ideale CT-Scanner für kleinere Praxen.

SOMATOM Emotion

SOMATOM Emotion ist eine vortreffliche Wahl fürgrößere Praxen oder kleinere Krankenhäuser. DieserScanner erfüllt die alltäglichen Anforderungen inder CT.

SOMATOM Sensation

SOMATOM Sensation ist dank seiner exzellentenLeistung nicht nur in der klinischen Routine, sondernauch in der Forschung ein gängiges CT-System.

SOMATOM Definition

SOMATOM Definition ist die Revolution im BereichCT. Die neue Dual Source CT-Technologie eröffnetbahnbrechende klinische Möglichkeiten – aufhöchstem Niveau. Es ist das optimale Systemfür größere Krankenhäuser und Forschungs-einrichtungen.

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SOMATOM EmotionSOMATOM Spirit

SOMATOM DefinitionSOMATOM Sensation

Aufgrund lokaler Einschränkungen von Vertriebsrechten

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gewährleisten, dass alle in dieser Broschüre aufgeführten

Produkte weltweit gleichermaßen durch Siemens

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Die Informationen in diesem Dokument beinhalten

allgemeine technische Beschreibungen von Leistungen

und Ausstattungsmöglichkeiten, die nicht in jedem

Einzelfall vorliegen müssen. Verfügbarkeit und

Ausstattungspakete können sich von Land zu Land

unterscheiden. Aus diesem Grund sind die gewünschten

Leistungen und Ausstattungen im Einzelfall bei

Vertragsschluss festzulegen.

Siemens behält sich das Recht vor, Konstruktion,

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Das passende Zubehör finden Sie unter:

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CC XXXXX WS XXXXX.