Unsere erste Einführung in die medizinische Bildgebung erfolgt, wenn ein Arzt uns bittet, eine Röntgenaufnahme oder einen Scan zu machen, um eine Verletzung, Schmerzen oder ein Symptom zu untersuchen, die nicht anders erklärt werden können. Wir können überwältigt sein, wenn wir sehen, wie kompliziert, groß und laut einige der Geräte sind.
Viele verschiedene Arten von Untersuchungen können durchgeführt werden, um Zustände und Verletzungen zu untersuchen. Manchmal sind mehr als eine der folgenden medizinischen Bildgebungstechniken erforderlich, damit Ärzte die besten Ratschläge zu Behandlungsmöglichkeiten geben können.
‚Röntgen‘ oder planare Radiographie
Dies ist immer noch die häufigste, am weitesten verbreitete und einfachste Form der medizinischen Bildgebung, die häufig verwendet wird, um einen gebrochenen Knochen zu sehen. Röntgenstrahlen sind eigentlich Photonen oder winzige Energiepakete (als ionisierende Strahlung bezeichnet) und gehören zum elektromagnetischen Spektrum (ebenso wie sichtbares Licht, Mikrowellen und Radiowellen).
Wenn ein Röntgenstrahl menschliches Gewebe durchdringt, können diese Röntgenphotonen von dichten Gewebestrukturen wie Knochen absorbiert und abgelenkt werden und dürfen den Körper nicht verlassen. Andere Röntgenphotonen können auf weniger dichtes Gewebe (z. B. Muskeln) treffen und können dieses leicht passieren und den Körper verlassen.
Die austretenden Röntgenphotonen erreichen dann einen digitalen Bildgebungsrezeptor oder Detektor, wo sie ein Gewebedichtemuster liefern, das der digitale Rezeptor in das uns bekannte Röntgenbild (oder Röntgenbild) umwandeln kann.
Dichtes Gewebe wie Knochen, das den Röntgenstrahl abgeschwächt hat, erscheint dicht oder weiß; Weniger dichtes Gewebe wie Lungen, die mit Luft gefüllt sind, erscheinen weniger dicht oder dunkel, was wir mit einer „Röntgenaufnahme des Brustkorbs“ beobachten. Andere Gewebe im menschlichen Körper weisen Dichten zwischen diesen beiden Extremen auf und erscheinen auf einem Röntgenbild als unterschiedliche Graustufen.
Patienten sollten beruhigt sein, dass diese Form der medizinischen Bildgebung unkompliziert ist und bei korrekter Anwendung kein Risiko oder eine Gefahr durch die Strahlung besteht.
Computertomographie (CT)
Diese Technik verwendet einen Röntgenstrahl, um Querschnittsbilder des menschlichen Körpers zu erzeugen. Während des Bildgebungsprozesses sendet die Röntgenröhre kontinuierlich einen Röntgenstrahl aus und dreht sich in einem 360-Grad-Kreis in einer Vorrichtung, die als Gantry bezeichnet wird.
Während dies geschieht, liegt der Patient auf einem speziellen CT-Bildgebungstisch, der den Röntgenstrahl durchlässt. Der Röntgenstrahl ist ähnlich wie ein Handventilator geformt und wird oft als Fächerstrahl beschrieben. Innerhalb dieser kreisförmigen Gantry befinden sich mehrere digitale Detektoren, die kontinuierlich die Energie der Röntgenphotonen identifizieren, die den Patienten verlassen.
Die Bewegung des Tisches und des Patienten, die sich durch das Portal bewegen, ermöglicht die Rekonstruktion von Bildern als Schnitte (oder Tomographen) von menschlichem Gewebe. Die häufigste CT-Untersuchung besteht darin, Brust, Bauch und Becken eines Patienten zu scannen, und der häufigste Grund dafür ist die Identifizierung der Ausbreitung von Krebs. „Röntgenfarbstoffe“ werden Patienten injiziert, um Krebs bei der CT-Bildgebung zu identifizieren, da das Krebsgewebe den „Röntgenfarbstoff“ absorbiert und auf dem Bild deutlicher wird.
Bei routinemäßigen CT-Bildgebungstechniken sollten keine Risiken oder Gefahren für die Patienten aufgrund der verwendeten Strahlenbelastung bestehen.
Magnetresonanztomographie (MRT)
Die MRT verwendet eine Kombination aus einem starken zylindrischen Magneten und Hochfrequenzwellen, um ein Bild des Körpers zu erzeugen. Es ist ziemlich laut und die Patienten müssen geeignete Gehörschutzgeräte wie Ohrstöpsel oder Kopfhörer tragen (wo entspannende Musik gehört werden kann).
Patienten liegen normalerweise innerhalb des Magnetzylinders, und ein Rahmen (der wie eine Antenne funktioniert) wird so nah wie möglich um den abzubildenden Körperbereich gelegt, damit das maximal mögliche Signal erfasst werden kann, um hochdetaillierte Bilder zu rekonstruieren.
Unser Körper enthält Wasserstoff, daher wird eine Radiofrequenz mit der Frequenz in den Körper übertragen, die Wasserstoffatome zum Schwingen bringt. Wenn die Hochfrequenz ausgeschaltet ist, schwingen die Wasserstoffatome weiter und die Frequenz dieser Schwingung wird vom Rahmen oder den Antennen erfasst.
Die Hochfrequenz verursacht ein Spannungssignal in den Antennen, das als elektrisches Signal identifiziert wird. Diese wird dann digitalisiert und ein Bild wird mit komplexen mathematischen Berechnungen rekonstruiert.
Sicherheit ist für Patienten mit einem MRT-Scan von größter Bedeutung, und alle Patienten müssen zuerst einen Sicherheitsfragebogen ausfüllen, um sicherzustellen, dass sie mit der Bildgebungsumgebung kompatibel sind. Der Sicherheitsfragebogen fragt, ob Patienten implantierte Metallgegenstände wie Herzschrittmacher oder Infusionspumpen oder ähnliche medizinische Geräte haben. Dies liegt daran, dass bestimmte Metallgegenstände Patienten oder Personal schädigen können, wenn sie aufgrund des starken Magneten in die MRT-Umgebung gelangen.
Die häufigste Anwendung der MRT ist die Bildgebung des Gehirns mit Erkrankungen, die sich auf Neurologie oder Neurochirurgie beziehen.
Positronen-Emissions–Tomographie (PET)
Die mit Röntgenstrahlen verwendeten bildgebenden Verfahren CT und MRT dienen hauptsächlich der Beobachtung struktureller Informationen – dazu gehören die Anordnung der Anatomie und der Ort von Krankheiten oder Verletzungen. Die PET-Bildgebung ist ein einzigartiges Bildgebungsverfahren, da sie funktionelle Informationen wie Stoffwechsel (Energieumwandlung) oder chemische Prozesse innerer Körperorgane identifizieren und abbilden kann.
Dazu müssen den Patienten radioaktive Substanzen injiziert werden, die chemisch an Verbindungen gebunden sind, die von unseren Organen verwendet werden (z. B. Glukose), oder an Moleküle, die an bestimmte Rezeptoren oder bestimmte Zelltypen binden (z. B. Proteine).
Diese radioaktiven Substanzen emittieren Gammastrahlen (eine andere Form ionisierender Strahlung). Von ihrer Position im Körper aus passieren die Gammastrahlen das Gewebe und verlassen den Körper, wo sie von einem PET-Scanner mit einer Gammakamera erfasst werden, während der Patient still liegt.
Der PET-Scanner detektiert die Gammastrahlen, wandelt deren Intensität oder Stärke in ein elektrisches Signal um und rekonstruiert daraus ein Bild. Die Detektoren sind um den Körper eines Patienten herum angeordnet, so dass der Ursprungsort der Gammastrahlen innerhalb des Patienten mithilfe mathematischer Prozesse berechnet werden kann.
Die PET-Bildgebung eignet sich hervorragend zur Identifizierung der Aktivität von Tumoren in Organen, die mit anderen bildgebenden Verfahren strukturell nicht identifiziert werden können.
Auch wenn der Gedanke, mit radioaktivem Material injiziert zu werden, gefährlich klingen mag, ist es das nicht. Ähnliche Bildgebungstechniken gibt es seit vielen Jahrzehnten und PET-Bildgebungstechniken werden fast täglich in großen Krankenhäusern in ganz Australien durchgeführt.
Ultraschall
Ultraschall verwendet Schallwellen, um ein medizinisches Bild der menschlichen Anatomie zu erzeugen, und hat keine bekannten schädlichen Auswirkungen. Die Frequenz des Ultraschalls ist höher als die Schallwellenfrequenzen, die vom menschlichen Gehör erfasst werden können. Schallwellen können nur durch ein Medium wandern, daher muss ein Gel auf Wasserbasis auf die Haut aufgetragen werden, damit der Ultraschall vom Schallkopf (oder der Sonde – dem Ding, das über den zu scannenden Bereich bewegt wird) in den Körper übertragen werden kann.
Ultraschall reflektiert Schallwellen unterschiedlich von allen verschiedenen Geweben im Körper, je dichter ein Gewebe ist, desto mehr Schallwellen werden reflektiert und zum Wandler zurückgeführt. Wenn das Gewebe weniger dicht ist, wird ein Teil der Schallwellen zum Wandler zurückgeführt, und ein Teil des Ultraschalls wird durch dieses Gewebe übertragen, bis es einen anderen Gewebetyp erreicht und der Prozess fortgesetzt wird (teilweise reflektiert und teilweise übertragen).
Wenn Ultraschallwellen zum Wandler zurückkehren, werden die Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dann digitalisiert und als Bild rekonstruiert wird. Das Bild wird gebildet, indem man den Abstand berechnet, von dem die reflektierten Schallwellen auf Gewebe und den Wandler einwirken, und wird berechnet, indem man weiß, dass im menschlichen Gewebe, Ultraschall an ungefähr 1.540 Metern pro Sekunde reist.
Bei vielen Ultraschalluntersuchungen werden die Patienten gebeten, den Atem anzuhalten, damit die inneren Organe während der Bildgebung still bleiben. Sie können auch aufgefordert werden, sich in bestimmte Positionen zu bewegen.
Zusätzlich zur Bereitstellung struktureller Informationen über die Anordnung der Anatomie bietet Ultraschall den zusätzlichen Vorteil, biomechanische und funktionelle Informationen bereitzustellen, da er auch in Echtzeit Bilder erstellen und die Bewegung von Muskeln und Sehnen beobachten kann.
Die Ultraschallbildgebung hat zwei wichtige Anwendungen. Die erste ist in der Schwangerschaft und die zweite ist zu sehen, ob Muskeln und Sehnen in irgendeiner Weise beschädigt sind.
