Röntgen, Computertomografie & Co.: Wie funktioniert medizinische Bildgebung?

**Professor Röntgen können Sie mir helfen?** Dieses Buch veranschaulicht klar verständlich, wie Ärzte heute Bilder aus dem Körperinnern gewinnen können: mit Röntgenstrahlen, Radiowellen in der Magnetresonanztomografie, Schallwellen im Ultraschall und radioaktiv markierten Substanzen in der Nuklearmedizin. Die moderne Bildgebung erlaubt uns heute ganz neue Realitäten darzustellen und dank moderner Physik, auf ganz andere Weise als mit unseren Augen, in den Menschen hineinzuschauen. So ist es uns möglich, verschieden dichtes Gewebe im Menschen darzustellen, magnetische Eigenschaften verschiedener Organe sichtbar zu machen und den Zuckerstoffwechsel oder Hirnveränderungen bei Alzheimer-Krankheit abzubilden. Neben der anschaulichen Darstellung grundlegender physikalischer Zusammenhänge wird auch erläutert, welches Verfahren bei den häufigsten Krankheiten zu welchem Zeitpunkt am besten zum Einsatz kommt.Der Text ist so aufgebaut, dass der Einstieg in jedes Kapitel direkt möglich ist ohne die anderen Kapitel lesen zu müssen. Was passiert bei einer Magnetresonanztomografie mit mir in der Röhre? Muss ich Angst vor Röntgenstrahlen haben? Wie ist der Aufbau von Atomen und wie wird mit diesem Verständnis von Physik ein Bild aus dem Körperinneren generiert? Diese und andere Fragen beantwortet Professor Dr. Gustav von Schulthess in unnachahmlich anschaulicher Art und Weise. Widmung 5 Vorwort 6 Danksagung 7 Der Autor 8 Inhaltsverzeichnis 9 1 Einleitung 13 1.1 Einleitende Bemerkungen 13 1.2 Gebrauchsanleitung zum Lesen dieses Buches 14 2 Röntgenbilder 16 2.1 Unsichtbare „X“-Strahlen sichtbar machen 16 2.2 Röntgenbilder machen 17 2.3 Röntgen im 21. Jahrhundert 18 2.4 „Gewöhnliches“ Röntgenbild 19 2.5 Röntgenkontrastmittel 20 2.6 „Röntgenkino“ 21 2.7 Zusammenfassung 22 3 Röntgen-Computertomographie (CT) 23 3.1 CT-Schichtbilder aufnehmen 24 3.2 Heutige medizinische Anwendungen der CT 27 3.3 Röntgenröhren, Detektoren und Röntgentische 28 3.3.1 Röntgenröhren 28 3.3.2 Detektoren 28 3.3.3 Stromzufuhr zum rotierenden Ring und Datenauslese 28 3.4 Schichtbilder des Patienten berechnen 30 3.5 Zusammenfassung 33 4 Nuklearmedizin (NUK), ­Positronenemissionstomographie (PET) und Hybridverfahren 34 4.1 Radioaktive Tracer: die Strahlenquellen bei NUK und PET 35 4.2 Anwendungen der NUK- und PET-Bildgebung 37 4.2.1 Herz- und Lungenerkrankungen 37 4.2.2 Hirnerkrankungen 38 4.2.3 Tumoren im Körper 39 4.2.4 Weitere Anwendungen der NUK-Verfahren 39 4.3 Radioaktive Atome 40 4.4 Medizinische Bilder mit radioaktiven Tracern 41 4.4.1 Konventionelle NUK-Kameras 41 4.4.2 Positronenemissionstomographie 43 4.4.3 Schwächungsproblem der Gammastrahlen 45 4.5 Die Hybridverfahren SPECT/CT, PET/CT und PET/MR 45 4.6 Zusammenfassung 46 5 Magnetresonanzbildgebung (MR) 47 5.1 Von Atomkernen, Kreiseln und Magnetfeldern 48 5.2 Die MR-„Röhre“ und die Technik um sie herum 49 5.2.1 Supraleitung 51 5.2.2 Radiosender, -Empfänger und Zusatzmagnetspulen 51 5.3 Bilder von tanzenden und singenden Magnetkreiseln 51 5.3.1 Schichtwahl 52 5.3.2 Ortung in der Schicht 53 5.4 Medizinische Anwendungen des MR-Verfahrens 55 5.4.1 Hirn, Gesicht und Hals 55 5.4.2 Lungen, Herz und Gefässe 56 5.4.3 Oberbauch und Becken 56 5.4.4 Muskeln, Gelenke, Knochen und Weichteile (­Muskuloskelettal-System) 56 5.5 Weiterführende Informationen zur MR-Technik 57 5.5.1 Analyse des „Ton“-Gemisches 57 5.5.2 Weitere Verfahren zum Orten der Signale in der ­dritten ­Dimension 58 5.5.3 Pulssequenzen 59 5.5.4 Radiowellen im menschlichen Köper 60 5.6 Zusammenfassung 61 6 Ultraschall (US) 62 6.1 Wie verhalten sich Schallwellen 62 6.1.1 Grundbegriffe 62 6.1.2 Streuung und „Spiegelung“ von Schallwellen 63 6.2 Ultraschall (US)-Bildaufbau 66 6.2.1 Echomessungen senkrecht zum Schallkopf 66 6.2.2 Echomessungen von bewegten echogebenden Strukturen 66 6.2.3 Ortung der Echo-gebenden Strukturen parallel zum ­Schallkopf 67 6.2.4 Schallgeber- und Empfänger 67 6.3 Medizinische Anwendungen von Ultraschall (US) 68 6.4 Zusammenfassung 69 7 Kontrastmittel und radioaktive Tracer für die medizinische Bildgebung 71 7.1 Kontrastmittel- und Tracer-Dosen 72 7.2 Röntgen-Kontrastmittel 73 7.3 MR-Kontrastmittel 75 7.4 Kontrastmittel für Ultraschalluntersuchungen 76 7.5 Die Welt der radioaktiven Tracer 76 7.6 Zusammenfassung 78 8 Strahlenschutz 80 8.1 Ionisierende Strahlen: Röntgen- und Gammastrahlen 81 8.2 Radiowellen im MR 85 8.3 Ultraschall-Wellen 86 8.4 Zusammenfassung 86 9 Was und wie wir sehen können 88 9.1 Wellen 88 9.1.1 Elektromagnetische Wellen 89 9.1.2 Schallwellen 90 9.1.3 Wellenlängen und Frequenzen 91 9.2 Wie können wir Objekte abbilden und sehen? 92 9.3 Bilder aus dem Körperinneren 93 9.3.1 Warum keine Bilder des Körperinneren mit Lichtwellen? 93 9.3.2 Wir brauchen Abbildungssysteme, um zu sehen 94 9.3.3 Röntgenbilder 95 9.3.4 Insektenaugen-Prinzip 95 9.3.5 Bilddetektoren 97 9.4 Zusammenfassung 98 10 Atome und ihre Eigenschaften 100 10.1 Modellvorstellungen zum Aufbau der Atome 100 10.1.1 Atomkerne und Elektronen 101 10.1.2 Atome, Grundbausteine der Welt 102 10.1.3 Die Elektronenhülle 102 10.2 Quantenphänomene 103 10.2.1 Elektronenschalen um den Atomkern herum 103 10.2.2 Elektronen aus einem Atom reissen und Strahlen erzeugen 105 10.2.3 Das Pauli-Ausschlussprinzip: Basis der Vielfalt der ­Erscheinungsformen um uns herum 106 10.2.4 Chemische Bindungen: Diamanten, Palmen und Chamäleons entstehen 106 10.3 Zusammenfassung 109 11 Der Atomkern 110 11.1 Struktur des Atomkerns 110 11.2 Stabile und radioaktive Isotopen 111 11.3 Radioaktive Zerfallsarten 112 11.4 Positronen: Teilchen der Antimaterie 113 11.5 Wie entstehen radioaktive Isotope 114 11.6 Zusammenfassung 115 12 Digitale Bildgebung 116 12.1 Festkörper 117 12.1.1 Metalle 117 12.1.2 Isolatoren und Halbleiter 117 12.2 Digitalkameras 118 12.3 Computer 120 12.4 Zusammenfassung 122 13 Bei welcher Krankheit welche Bilder 123 13.1 Die „Zehn Gebote“ der medizinischen Bildgebung 123 13.2 Klinische Anwendungen der medizinisch-bildgebenden Verfahren 126 13.2.1 Hirn 126 13.2.2 Herz und Gefässe 128 13.2.3 Lunge 130 13.2.4 Tumoren 131 13.2.5 Andere Erkrankungen 132 13.3 Zusammenfassung 136 Index 138 Professor Röntgen können Sie mir helfen? Dieses Buch veranschaulicht klar verständlich, wie Ärzte heute Bilder aus dem Körperinnern gewinnen können: mit Röntgenstrahlen, Radiowellen in der Magnetresonanztomografie, Schallwellen im Ultraschall und radioaktiv markierten Substanzen in der Nuklearmedizin. Die moderne Bildgebung erlaubt uns heute ganz neue Realitäten darzustellen und dank moderner Physik, auf ganz andere Weise als mit unseren Augen, in den Menschen hineinzuschauen. So ist es uns möglich, verschieden dichtes Gewebe im Menschen darzustellen, magnetische Eigenschaften verschiedener Organe sichtbar zu machen und den Zuckerstoffwechsel oder Hirnveränderungen bei Alzheimer-Krankheit abzubilden. Neben der anschaulichen Darstellung grundlegender physikalischer Zusammenhänge wird auch erläutert, welches Verfahren bei den häufigsten Krankheiten zu welchem Zeitpunkt am besten zum Einsatz kommt. Der Text ist so aufgebaut, dass der Einstieg in jedes Kapitel direkt möglich ist ohne die anderen Kapitel lesen zu müssen. Was passiert bei einer Magnetresonanztomografie mit mir in der Röhre? Muss ich Angst vor Röntgenstrahlen haben? Wie ist der Aufbau von Atomen und wie wird mit diesem Verständnis von Physik ein Bild aus dem Körperinneren generiert? Diese und andere Fragen beantwortet Professor Dr. Gustav von Schulthess in unnachahmlich anschaulicher Art und Weise. Der Autor: Professor Dr. Gustav von Schulthess studierte Physik in Zürich und promovierte am renommierten MIT Physics Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, USA. Anschließend studierte er Medizin in Boston an der Harvard Medical School. Seit 1987 bis ins Jahr 2014 leitete er die Klinik für Nuklearmedizin am UniversitätsSpital in Zürich, die meiste Zeit davon als Klinikdirektor. Er ist Ehrenmitglied der Fachgesellschaften ESMRMB (1995), RSNA (2008), Ehrendoktor der Uni Kopenhagen (2007) und gibt in über 300 Fachpublikationen, 5 Fachbüchern und mehr als 20 Kapiteln in Fachbüchern sein Fachwissen weiter Front Matter....Pages I-XVI Einleitung....Pages 1-3 Röntgenbilder....Pages 5-11 Röntgen-Computertomographie (CT)....Pages 13-23 Nuklearmedizin (NUK), Positronenemissionstomographie (PET) und Hybridverfahren....Pages 25-37 Magnetresonanzbildgebung (MR)....Pages 39-53 Ultraschall (US)....Pages 55-63 Kontrastmittel und radioaktive Tracer für die medizinische Bildgebung....Pages 65-73 Strahlenschutz....Pages 75-82 Was und wie wir sehen können....Pages 83-94 Atome und ihre Eigenschaften....Pages 95-104 Der Atomkern....Pages 105-110 Digitale Bildgebung....Pages 111-117 Bei welcher Krankheit welche Bilder....Pages 119-133 Back Matter....Pages 135-138