Durchleuchtung und Subtraktionsangiographie

und Christine Nowarra²

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Hüttemannstr. 18, 44137 Dortmund, Deutschland

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Klinik für Radiologie Neuroradiologie, Klinikum Dortmund gGmbH, Beurhausstr. 40, 44137 Dortmund, Deutschland

Ein 56-jähriger, adipöser Mann kommt mit Kopfschmerzen in die Notaufnahme. Bei der körperlichen Untersuchung wird bei ihm zudem noch ein erhöhter Blutdruck festgestellt. Auf den erstellten CT-Aufnahmen ist keine Blutung zu erkennen. Zur weiteren Diagnostik wird eine Angiographie angeordnet, da der Verdacht eines Aneurysma der Hirnarterien besteht, das einer sofortigen Behandlung bedarf.

Im vorherigen Kapitel haben Sie die Technik des sog. konventionellen Röntgens kennengelernt.

Diese Technik liefert nur Momentaufnahmen des menschlichen Körpers, zeigt aber kein „Livebild“ von den Vorgängen, die im Körper ablaufen. Zu diesem Zweck benutzten die Radiologen in der Anfangszeit sog. Leuchtschirme. Dabei stand der Arzt während der Aufnahme im Strahlengang und betrachtete das Bild. Diese Leuchtschirme bestanden aus einer beschichteten Platte, die unter Einwirkung von Röntgenstrahlung zu leuchten begann. Dabei musste der Raum abgedunkelt werden, da die Leuchtkraft dieser Schirme sehr schwach war. Außerdem war die Kontrastauflösung, sprich die Erkennbarkeit kleiner Details sehr gering. Das änderte sich mit der Erfindung des sog. elektronenoptischen Bildverstärkers.

Die Durchleuchtungstechnik wird eingesetzt für:

Einrichten von Knochenbrüchen,
Untersuchungen des Magen-Darm-Trakts und anderen Körperhöhlen (z. B. der Gallengänge) mittels Kontrastmittel,
Untersuchungen von Gefäßen ebenfalls mit Kontrastmitteln,
Platzieren von Sonden oder Drainagen im Körper.

Eine besondere Bedeutung hat die Betrachtung der Echtzeitvorgänge bei der Untersuchung des Schluckaktes und der Herzklappentätigkeit.

Die eingesetzten Röntgen-Kontrastmittel sind jeweils auf ihr Einsatzgebiet angepasst (Kap. 8). Somit können Strukturen im Röntgenbild dargestellt werden, die sonst aufgrund der geringen Dichteunterschiede zum umgebenden Gewebe nicht sichtbar wären.

4.1 Bildverstärker inklusive aktueller technischer Entwicklungen

T. Doering³

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Hüttemannstr. 18, 44137 Dortmund, Deutschland

4.1.1 Aufbau des Bildverstärkers (BV)

Der Bildverstärker (Abb. 4.1) besteht wie die Röntgenröhre aus einem evakuierten, also luftleeren Glas- oder Metallkolben. Die leicht gewölbte Eintrittsfläche für die Röntgenstrahlen ist mit einem Leuchtstoff (Cäsiumiodid) beschichtet. Diese Schicht erzeugt beim Auftreffen der Strahlung ein Lumineszenzbild . Direkt auf dieser Leuchtschicht ist eine Photokathode aufgebracht, die entsprechend des Lumineszenzbildes Elektronen aussendet, das sog. „Elektronenbild“. Diese Elektronen werden durch die anliegende Spannung von ca. 25 kV–35 kV Richtung Anode beschleunigt.

Abb. 4.1

Aufbau eines Bildverstärker s

An der Außenwand innerhalb des Glaskolbens sind weitere Elektroden angebracht, die durch ihre negative Ladung dafür sorgen, dass diese freien Elektronen ähnlich einem optischen Linsensystems auf einen bestimmten Punkt fokussiert werden. Man bezeichnet das System dieser im Bildverstärker befindlichen Kathoden auch als Elektronenoptik .

Jenseits des Brennpunkts treffen die Elektronen auf den Ausgangsbildschirm, der aus einer feinkörnigen Schicht aus silberaktiviertem Zinkkadmium besteht. Das dort entstehende Leuchtdichtebild ist sehr viel heller, umgekehrt und verkleinert.

Diese Helligkeitsänderung wird durch die Beschleunigung der Elektronen innerhalb des Bildverstärkers und durch die auf die Fläche bezogene, höhere Elektronendichte im Vergleich zum Eingangsbildschirm verursacht.

Durch die geringe Größe des Ausgangsbildschirms spielt hier die Auflösung eine große Rolle. Ist die Schicht zu grobkörnig, können leicht kleine Details verloren gehen.

Je nach Schaltung der Elektronenoptik kann, durch Verlagerung des Brennpunktes, der Maßstab der elektronenoptischen Verkleinerung verändert werden. So kann auch nur ein kleiner Bereich des Eingangsschirms auf dem Ausgangsbildschirm dargestellt werden. Dies ermöglicht eine genauere Darstellung von Details. Dadurch nimmt jedoch die Leuchtstärke des Ausgangsbildes ab.

Das Bild des Ausgangsbildschirms wird von einer Kamera aufgenommen und auf einem Monitor dargestellt. Dies geschieht mittels einer sog. Tandemoptik , also zweier Linsensysteme, die das Bild des Ausgangsbildschirms an das Kamerasystem weiterleiten. Zwischen diesen Linsen wurden früher für die Dokumentation halbtransparente Spiegel eingebracht, um das Bild auf eine 10 mm-Kamera zu übertragen. Andere Spiegel sorgten für die Einblendung von weiteren Daten in das Bild (z. B. das EKG bei Herzkatheteruntersuchungen). Diese Spiegel werden seit der Volldigitalisierung der Videokette nicht mehr benötigt. Heute wird das Bild durch einen sog. CCD-Sensor (elektronisches Bauteil mit Photodioden) digitalisiert und verarbeitet.

Das Bild der Durchleuchtung wird meist auf einem Monitor im Untersuchungsraum wiedergegeben. Während früher mit dem Abschalten der Röntgenstrahlen auch das Bild am Monitor verschwand, müssen mittlerweile alle Anlagen mit einer Last-Image-Hold (LIH)- Funktion ausgestattet sein. Bei dieser Funktion bleibt das letzte Bild auf dem Monitor erhalten und der Radiologie kann, ohne weitere Strahlung auszulösen, das Bild betrachten. Dieses LIH-Bild kann digital gespeichert werden und somit eine zusätzliche Röntgenaufnahme ersetzen. Diese Funktion wird häufig in der Kinderradiologie verwendet, wo eine Dosiseinsparung von besonderer Bedeutung ist.

Kennzahlen eines BV-Systems

Wie auch in der Röntgendiagnostik existieren bei Durchleuchtungsanlagen bestimmte Kennzahlen, die die Eigenschaften der Anlage beschreiben. Zu den bekannten Größen wie der Ortsauflösung (Modulationsübertragungsfrequenz) und der Dosis-Quanten-Effektivität, kommen bei den BV-Anlagen noch weitere hinzu:

Der Konversionsfaktor beschreibt die Verstärkung des Bildes zwischen Eingangs- und Ausgangsbildschirm.
Je nach verwendeter Leuchtschicht und Elektronik kann es zu einem „Nachziehen“ der Bilder kommen, man spricht in diesen Fällen von der Trägheit des Systems.
Technisch bedingt sind die Bilder eines BV zum Bildrand hin dunkler als in der Mitte des Bildes. Diese Abschwächung wird als Vignettierung bezeichnet und kann von System zu System unterschiedlich stark sein.

Aktuelle Entwicklungen oder der Abschied vom BV

Bei aktuellen Durchleuchtungs- oder Angiographieanlagen wird der Bildverstärker immer mehr durch Flachdetektoren mit Messkammertechnik abgelöst. Die Technik des Flachdetektors wurde schon im Kap. 3 beschrieben. Auch bei der kontinuierlichen Bilddarstellung kann der Flachdetektor seine Stärken ausspielen.

Er besitzt eine höhere Ortsauflösung als der klassische BV und liefert homogenere Bilder ohne die oben beschriebene Vignettierung oder Verzeichnung. Außerdem liefert der Flachdetektor eine größere Bildtiefe, also mehr Graustufen und somit eine bessere Differenzierung von kleinen Helligkeits- und damit Dichteunterschieden der untersuchten Körperregion.

Zu diesen Vorteilen kommt noch, dass die Flachdetektoren wesentlich kleiner sind und die Geräte somit weniger Platz benötigen als diejenigen mit einem klassischen Bildverstärker. Außerdem entfällt bei den Durchleuchtungsanlagen mit Festkörperdetektor die Kassettenlade, da die Bilder direkt digital gespeichert werden können.

4.1.2 Der Röntgenstrahler einer Durchleuchtungsanlage

Aufbau des Röntgenstrahlers

Bei der BV-Anlage kommt eine Hochleistungsröntgenröhre zum Einsatz, deren Aufbau weitgehend der normalen Röhre entspricht, wie sie schon im Kap. 3 beschrieben wurde.

Bei der Tiefenblende werden zwei Bauarten unterschieden: zum einen die bekannte aus der konventionellen Röntgentechnik, die eine Einblendung in x- und y-Achse erlaubt und zum anderen die sog. Iris-Blende . Diese Blende besteht aus mehreren Bleilamellen, die am Außenrand der kreisförmigen Tiefenblende angebracht sind. Über eine Mechanik können diese Lamellen nun gemeinsam in Richtung der Bildmitte in das Strahlfeld gedreht werden. Je mehr Lamellen eingesetzt werden, desto mehr entspricht das eingeblendete Feld einem Kreis.

Die Bedienung erfolgt bei beiden Systemen elektronisch. Hierbei wird automatisch die Größe des ausgewählten BV-Bereichs eingestellt, sodass es nicht zu unnötigen Strahlenexpositionen kommt. Natürlich kann der Untersucher die Einblendung noch weiter verkleinern.

Unterhalb der Tiefenblende befinden sich zusätzliche Ausgleichsfilter, die ebenfalls vom Untersucher elektronisch im Strahlfeld positioniert werden können. Diese dienen zur Verbesserung der Bildqualität (ähnlich den Ausgleichsfiltern im konventionellen Röntgen). Sie reduzieren aber auch die Strahlenexposition des Patienten, spielen also für den Strahlenschutz eine große Rolle.

Bei Obertischgeräten ähnelt die Anordnung von Röhre und Detektor der eines Buckyarbeitsplatzes. Daher findet man dort zum Teil auch noch eine Tiefenblende mit Lichtvisier. Bei den Untertischgeräten und bei den C-Bögen (Abschn. 4.1.3) sind die o. g. Elemente zu einem Bauteil verschmolzen und besitzen auch kein Lichtvisier mehr. Aber wie kann dann noch eingeblendet werden? Während bei den älteren Geräten die Einblendung nur unter Durchleuchtung möglich war, werden bei modernen Geräten die Blenden auf dem Bild des letzten Durchleuchtungsbildes dargestellt. Man bezeichnet diese Funktion als „virtuelle Kollimation “. Ähnlich verhält es sich bei der Platzierung der Ausgleichsfilter.

Dosisregelung

Da das Bild während der Durchleuchtung möglichst konstant sein soll, unabhängig vom durchleuchteten Bereich, steuert die Elektronik am Ausgangsbildschirm u. a. auch die Generatorleistung der Röntgenröhre. Hierfür befindet sich ein kleiner Spiegel innerhalb der Tandemoptik, der einen kleinen Teil der Bildinformation an eine Photodiode weiterleitet. Mit diesem Signal wird der Generator gesteuert. Diese automatische Regelung bedeutet, dass das System bei einer größeren Dichte, also schwächer werdendem Bildsignal die Generatorleistung und somit die Dosis automatisch erhöht wird.

Wegen der automatischen Dosisregelung sollte man nie einen Bleihandschuh oder andere strahlenundurchlässige Gegenstände (z. B. Schere o. ä) in den Strahlengang halten oder legen. Dieses Vorgehen erhöht die Röntgendosis für Patient und Untersucher, da der Generator die Dosis so lange nach oben regelt, bis der Gegenstand durchleuchtet wird.

Die Steuerung des Generators erfolgt über eine Kennlinie, also einer definierten und eingespeicherten Dosislinie. Durch sie wird entweder die Spannung oder der Strom, entsprechend der benötigten Dosis, geregelt. Es stehen mehrere solcher Kennlinien im BV-Generator zur Verfügung, die je nach durchleuchtetem Objekt angewählt werden können (das muss nicht separat geregelt werden sondern ist im entsprechenden Programm, z. B. „Magen“ hinterlegt). Bei Interventionen oder Durchleuchtungen bei Kindern muss zudem eine Low-Dose-Kennlinie anwählbar sein, bei der die Dosisleistung minimiert wird, um Dosis zu sparen.

4.1.3 Aufbau eines Durchleuchtungsgerätes

Wie bei den Röntgenanlagen besteht auch eine Durchleuchtungsanlage aus einer Röntgenröhre, einem Patientenlagerungstisch, einem Bildempfänger und (bei digitalen Anlagen) einer Auswerteeinheit.

Die ersten Durchleuchtungsgeräte waren Obertischgeräte, die sowohl für normale Röntgenaufnahmen, für Schichtaufnahmen und auch für Durchleuchtungen genutzt wurden. Bei diesen Geräten befand sich die Röntgenröhre oberhalb des Patienten und das Zielgerät unterhalb des Lagerungstisches, und sie glichen einem normalen Buckytisch. Als Zielgerät wurde der Teil der Durchleuchtungsanlage bezeichnet, in dem sich der Bildverstärker, das Raster und der Kassettenhalter befanden. Während das Live-Bild von dem Bildverstärker erzeugt wurde, erfolgte die Dokumentation der Untersuchung mittels Röntgenaufnahmen. Der mit der Kassette beladene Kassettenhalter (mit Messkammersystem) fuhr während der Aufnahme in das Strahlenfeld und ermöglichte so eine „normale“ Röntgenaufnahme.

Mittlerweile sind die Obertischgeräte aufgrund der ungünstigeren Strahlengeometrie nicht mehr so weit verbreitet. Sie wurden durch die Untertischgeräte ersetzt (Abb. 4.2), bei denen sich die Röhre unterhalb des Tisches befindet. Bei beiden Gerätetypen sind das Zielsystem und die Röhre fest miteinander verbunden. Damit ist der Zentralstrahl immer mittig auf den Bildempfänger zentriert.