Computertomographie. Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen

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1 ium der Physik und der Medizinischen onsin, 16 Jahre tätig in der CT-Entwicküzinische Technik, seit 1995 Professor lizinische Physik (IMP) der Universität men zum Autor, zu weiteren Projekten neuen Entwicklungen in der CT, können ivw.imp.uni-erlangen.de eingesehen und Computertomographie Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen von Willi A. Kalender 2., überarbeitete und erweiterte Auf läge 2006 Publicis Corporate Publishing

2 Historischer Überblick 14 1 Grundlagen der Computertomographie Allgemeine Überlegungen zur Schichtbildgebung Computertomographie - ein digitales Verfahren Warum bieten Schichtbilder höheren Kontrast? Prinzip der CT Was wird in der CT gemessen? Wie wird ein Objekt gemessen? Wie wird ein CT-Bild berechnet? Was wird im CT-Bild dargestellt? 31 2 Technische Konzepte Entwicklungsstufen und -ziele Die siebziger Jahre - vom Schädel- zum Ganzkörper-Scanner Die achtziger Jahre - schnelle Einzelschichtuntersuchungen Die neunziger Jahre - schnelle Volumenaufnahmen Standardgerätekonfiguration Konstruktiver Aufbau Röntgenkomponenten Filter, Blenden und Kollimierung Datenerfassungssystem Aufhahmemodes und Untersuchungsparameter Übersichtsaufnahme Einzelschichtaufnahmen - Sequentielle CT Materialselektive Aufnahmen - Zwei-Spektren-CT Serienaufnahmen - Dynamische CT CT-Fluoroskopie - Interventionelle CT Volumenaufnahmen - Spiral-CT Spezielle Scannerkonzepte Elektronenstrahl-CT Dynamic Spatial Reconstructor" Kegelstrahl-CT-Scanner PET/CT-Kombinationsscanner 75 10

3 3 Spiral-CT Erste Überlegungen und Versuche Aufnahmeprinzip und -technik bei Spiral-CT Bildrekonstruktion bei Spiral-CT Grundlegender Ansatz zur z-interpolation (360 LI) z-interpolation mit Datenrebinning (180 LI) Variationen zu 180 z-interpolationsalgorithmen Besonderheiten bei Mehrschicht-Spiral-CT z-interpolation bei Mehrschicht-Spiral-CT (180 MLI) z-filterung bei Mehrschicht-Spiral-CT (180 MFI) Spezielle Ansätze bei EKG-korrelierten Herzaufnahmen Überlegungen zur Kegelstrahl-Spiral-CT (M > 16) Ansätze für bis zu 64 Schichten Ansätze für 64 und mehr Schichten 99 4 Bildqualität Messgrößen und -verfahren für die konventionelle CT CT-Werte, Kontraste und Homogenität Bildpunktrauschen Ortsauflösung - Auflösung bei hohem Kontrast Kontrastauflösung - Auflösung bei niedrigem Kontrast Artefakte Messgrößen und -verfahren für Spiral-CT Generelle Überlegungen Rauschen Schichtempfindlichkeitsprofile Ortsauflösung in z-richtung Überlegungen zur Mehrschicht-Spiral-CT Überlegungen zur Kegelstrahl-Spiral-CT Artefakte bei Spiral-CT Effekte verbesserter Abtastung in z-richtung Überlegungen zur Flächendetektor-CT Beurteilung des Gesamtsystems Abhängigkeiten von Rauschen, Dosis und Ortsauflösung Gütefaktor Abnahmeprüfung und Konstanzprüfung Dosis CT - ein Hochdosisverfahren? : Technische Messgrößen der Dosis Aufnahme einzelner Schichten

4 5.2.2 Ortsdosis Besonderheiten bei Spiral-CT-Aufnahmen Besonderheiten bei Mehrschicht-Spiral-CT Vorschriften zur Dosismessung und -anzeige Patientendosis bei CT Einfluss der Scanparameter auf die Patientendosis Einfluss der Spiral-CT auf die Patientendosis Abschätzung von Organdosisweiten und effektiver Dosis Möglichkeiten zur Dosisreduktion Einflussnahme durch den Untersucher Technische Maßnahmen und neue Verfahren Schlussfolgerungen Optimierung der CT-Systeme und Qualitätskontrolle Information über Dosis, über Nutzen und Risiko Persönliches Resume und Empfehlungen Bilddarstellung und -Verarbeitung Einfache Bildverarbeitungs- und Auswerteschritte Zweidimensionale Darstellungen Dreidimensionale Darstellungen Oberflächendarstellungen Projektionsdarstellungen Volumenvisualisierung Virtuelle Endoskopie Zusammenfassende Bewertung Wohin mit den vielen Bildern? Spezialanwendungen Allgemeine Überlegungen Quantitative CT Bildgebung am Herzen und Koronarkalkmessung Phasenselektive Darstellung des Herzens mit MSCT Koronarkalkmessung mit CT Bildgestützte navigierte Interventionen Präklinische Bildgebung mit CT (Mikro-CT) In-vitro-Bildgebung mit Mikro-CT In-vivo-Bildgebung mit Mikro-CT Die Zukunft der CT Allgemeine Überlegungen Technische Konzepte und Komponenten

5 8.3 Bildqualität und Patientendosis Fünf Wünsche P.S.: Die Zukunft Mathematische Aspekte der Bildrekonstruktion D-Bildrekonstruktion Definition der 2D-Parallelprojektion Rekonstruktion von Paralleldaten Parallelstrahl-FBP Definition der Fächerstrahlprojektion Fächerstrahl-FBP Fan-Beam-FBP für Scanner der dritten Generation Rebinning Rebinning für Scanner der dritten Generation D-Bildrekonstruktion Definition der Kegelstrahlprojektion Der Feldkampalgorithmus EPBP, ein Feldkamp-basierter Algorithmus Advanced Single-Slice Rebinning (ASSR) Exakte 3D-Kegelstrahlrekonstruktion 284 Literatur 288 Abkürzungen und Symbole 298 Glossar 302 Stichwortverzeichnis