Discussion:
Röntgen, CT und MRT
(zu alt für eine Antwort)
Nicolas Mittelmaier
2003-11-19 16:04:29 UTC
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Hallo,

ich habe nur mal eine generelle Frage:

Wenn ich das richtige sehe, ist eine Computer-Tomographie nichts anderes als
ein berechnetes Bild von einem schnell um das Objekt kreisenden
Röntgen-Gerätes.
Aber nur mal von der Frequenz her: Funktionieren Röntgen und CT mit
derselben Frequenz?

Und beim MRT (das ist doch dasselbe wie Kernspintographie?) haben die
Strahlen glaube ich eine wesentlich niedrigere Frequenz, oder?

Vielen Dank für die Antworten,
Nico
Markus Imhof
2003-11-19 16:28:34 UTC
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Post by Nicolas Mittelmaier
Hallo,
Wenn ich das richtige sehe, ist eine Computer-Tomographie nichts
anderes als ein berechnetes Bild von einem schnell um das Objekt
kreisenden Röntgen-Gerätes.
Aber nur mal von der Frequenz her: Funktionieren Röntgen und CT mit
derselben Frequenz?
Wenn Du mit 'Frequenz' die Strahlenergie meinst (von Frequenz redet da
keiner mehr), dann steht dem nichts entgegen. Und 'schnell' ist da eher
relativ...
Post by Nicolas Mittelmaier
Und beim MRT (das ist doch dasselbe wie Kernspintographie?)
Na ja, MRT ist die politically correct version von NMR, damit die Amis
nicht sofort in Deckung gehen.
Post by Nicolas Mittelmaier
haben die
Strahlen glaube ich eine wesentlich niedrigere Frequenz, oder?
Welche Strahlen? Es gibt beim MRT/NMR keine Strahlen, dafür ein sehr
spezielles Magnetfeld.

Und, um die Verwirrung zu vergrößern, gibt's noch ein drittes System,
das auch wieder ähnliches leisten kann: PET (Positron Emission
Tomography). Da gibt's dann wieder Strahlen, aber von einer anderen
Sorte.

Gruß
Markus
Oliver Jennrich
2003-11-19 16:27:58 UTC
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Post by Markus Imhof
Welche Strahlen? Es gibt beim MRT/NMR keine Strahlen, dafür ein sehr
spezielles Magnetfeld.
Ach. Und wie kommen die Signale vom Körper in den Detektor? Da wird ja
wohl Energie transportiert werden müssen und mangels Leitung bleibt da
eigentlich nur Strahlung übrig.
--
Wer Tippfehler findet, darf sie behalten.
Andreas Erber
2003-11-19 19:27:44 UTC
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Post by Markus Imhof
Und, um die Verwirrung zu vergrößern, gibt's noch ein drittes System,
das auch wieder ähnliches leisten kann: PET (Positron Emission
Tomography). Da gibt's dann wieder Strahlen, aber von einer anderen
Sorte.
Wie funktioniert denn das?

LG Andy
Markus Imhof
2003-11-20 10:46:53 UTC
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Post by Andreas Erber
Post by Markus Imhof
Und, um die Verwirrung zu vergrößern, gibt's noch ein drittes System,
das auch wieder ähnliches leisten kann: PET (Positron Emission
Tomography). Da gibt's dann wieder Strahlen, aber von einer anderen
Sorte.
Wie funktioniert denn das?
Der Patient kriegt einen beta+-Stahler injiziert (frag mich nicht, was -
sollte aber eine wäßrige Lösung sein). Der gibt beim Zerfall eben beta+
= Positronen ab. Die haben die angenehme Eigenschaft, sich in
unmittelbarere Nähe des Zerfallsortes mit einem der reichlich
vorhandenen Elektronen zu verbinden und gegenseitig zu vernichten. Das
angenehme daran ist, daß bei dieser Paarvernichtung _genau_ zwei
Photonen mit jeweils 511 keV Energie entstehen, die sich _exakt_ in die
entgegengesetzte Richtung bewegen. Damit kriegst Du ohne großen Aufwand
(ok, Du brauchst einen Ring- bzw. Zylinderförmigen Detektor) sofort die
Linie, auf der der Zerfall lag und mit etwas mehr Aufwand
(Zeitdifferenzmessung) auch gleich den Punkt, wo der Zerfall
stattgefunden hat (ob letzteres schon medizinisch eingesetzt wird, weiß
ich nicht).
Je nach dem, was Du als Träger für den Betastrahler nimmst, kannst Du
damit verschiedene biologische Prozesse (z.B. Gehirnaktivität) in
Echtzeit räumlich aufgelöst verfolgen.

Gruß
Markus
Roland Damm
2003-11-20 14:28:10 UTC
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Moin,
zu verbinden und gegenseitig zu vernichten. Das angenehme
daran ist, daß bei dieser Paarvernichtung _genau_ zwei
Photonen mit jeweils 511 keV Energie entstehen, die sich
_exakt_ in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Damit
^^^^^^^
Wo bleibt denn da die Impulserhaltung? Oder gilt dieses
'exakt' nur mit ausreichender Genauigkeit?

CU Rollo
--
Hier entsteht in Kürze eine neue Sig-Präsenz.
Alex Schuster
2003-11-20 15:31:00 UTC
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Markus Imhof (***@gmx.de) schreibt:

[PET?]
Post by Markus Imhof
Der Patient kriegt einen beta+-Stahler injiziert (frag mich nicht, was -
sollte aber eine wäßrige Lösung sein).
Man ersetzt gerne ein Wasserstoff durch Fluor-18, das sich chemisch
ähnlich verhält. O-15, C-11, N-13 und einge andere Isotope können auch
verwendet werden, auch Inhalieren von CO oder CO2 ist dann möglich.
Post by Markus Imhof
Der gibt beim Zerfall eben beta+
= Positronen ab. Die haben die angenehme Eigenschaft, sich in
unmittelbarere Nähe des Zerfallsortes mit einem der reichlich
vorhandenen Elektronen zu verbinden und gegenseitig zu vernichten. Das
angenehme daran ist, daß bei dieser Paarvernichtung _genau_ zwei
Photonen mit jeweils 511 keV Energie entstehen, die sich _exakt_ in die
entgegengesetzte Richtung bewegen.
Es können auch schon mal drei Photonen sein, aber das ist
vernachlässigbar. Und durch den Restimpuls bei der Zerstrahlung weicht
der Winkel um etwa 0.3 Grad von den 180 Grad ab, was zu einer
Verschlechterung der Auflösung um etwa 1 mm führt. Nochmal etwa 1 mm
Unschärfe entsteht dadurch, dass das Positron erst noch abgebremst
werden muss.
Post by Markus Imhof
Damit kriegst Du ohne großen Aufwand
(ok, Du brauchst einen Ring- bzw. Zylinderförmigen Detektor) sofort die
Linie, auf der der Zerfall lag und mit etwas mehr Aufwand
(Zeitdifferenzmessung) auch gleich den Punkt, wo der Zerfall
stattgefunden hat (ob letzteres schon medizinisch eingesetzt wird, weiß
ich nicht).
Nicht dass ich wüsste, da müste man doch arg schnell messen.
Post by Markus Imhof
Je nach dem, was Du als Träger für den Betastrahler nimmst, kannst Du
damit verschiedene biologische Prozesse (z.B. Gehirnaktivität) in
Echtzeit räumlich aufgelöst verfolgen.
Naja, einige Minuten dauert es schon, bis sich da ein Bild abzeichnet.

Alex
--
Alex Schuster ***@wonkology.org PGP Key available
***@pet.mpin-koeln.mpg.de
Markus Imhof
2003-11-20 16:23:46 UTC
Permalink
...
Post by Alex Schuster
Post by Markus Imhof
Damit kriegst Du ohne großen Aufwand
(ok, Du brauchst einen Ring- bzw. Zylinderförmigen Detektor) sofort
die Linie, auf der der Zerfall lag und mit etwas mehr Aufwand
(Zeitdifferenzmessung) auch gleich den Punkt, wo der Zerfall
stattgefunden hat (ob letzteres schon medizinisch eingesetzt wird,
weiß ich nicht).
Nicht dass ich wüsste, da müste man doch arg schnell messen.
Flugzeitmessung? Bei 30 cm/ns sollten 3 cm Auflösung ohne großen Aufwand
drin sein (das schafft ein modernes Oszilloskop). Problem ist der
Trigger. Wenn Du besser als 3 cm werden willst, wird's etwas
anspruchsvoller (sprich aufwändiger). Prinzipiell war's auch schon vor
10 Jahren machbar (in der Hochenergiephysik), aber der Aufwand dafür
dürfte die Resultate nicht wert sein.

Gruß
Markus
Rolf Bombach
2003-11-26 15:53:55 UTC
Permalink
Post by Markus Imhof
Post by Alex Schuster
Post by Markus Imhof
Damit kriegst Du ohne großen Aufwand
(ok, Du brauchst einen Ring- bzw. Zylinderförmigen Detektor) sofort
die Linie, auf der der Zerfall lag und mit etwas mehr Aufwand
(Zeitdifferenzmessung) auch gleich den Punkt, wo der Zerfall
stattgefunden hat (ob letzteres schon medizinisch eingesetzt wird,
weiß ich nicht).
Nicht dass ich wüsste, da müste man doch arg schnell messen.
Flugzeitmessung? Bei 30 cm/ns sollten 3 cm Auflösung ohne großen Aufwand
drin sein (das schafft ein modernes Oszilloskop). Problem ist der
Trigger. Wenn Du besser als 3 cm werden willst, wird's etwas
anspruchsvoller (sprich aufwändiger). Prinzipiell war's auch schon vor
10 Jahren machbar (in der Hochenergiephysik), aber der Aufwand dafür
dürfte die Resultate nicht wert sein.
Das Photon wird allerdings ziemlich indirekt nachgewiesen, via
Szintillatorkristall und PMT. Da geht dann die Zeitauflösung
futsch, obwohl mittlerweile zwecks Zählratenoptimierung sehr
schnelle Szintillatoren eingesetzt werden. Letzter Schrei ist
wohl Ce:Lutetium-Oxyorthosilikat, welches nur 40ns nachleuchtet.
Vorher wurde oft Wismutgermanat verwendet, mit 300ns etwa
so schnell wie Tl:NaI. Siehe google LSO, BGO. "Photon
time-of-flight" geht wohl so nicht.
--
mfg Rolf Bombach
Markus Imhof
2003-11-27 11:15:49 UTC
Permalink
...
Post by Rolf Bombach
Das Photon wird allerdings ziemlich indirekt nachgewiesen, via
Szintillatorkristall und PMT. Da geht dann die Zeitauflösung
futsch, obwohl mittlerweile zwecks Zählratenoptimierung sehr
schnelle Szintillatoren eingesetzt werden.
Schade. Vor etlichen Jahren, als ich noch am Studieren war, gab's die
Diskussion (und Versuche dazu), für solche Sachen MWPCs einzusetzen. Ist
aber wohl doch 'nen Tick zu viel Aufwand.

Gruß
Markus

Jürgen Press
2003-11-19 23:43:48 UTC
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Post by Nicolas Mittelmaier
Wenn ich das richtige sehe, ist eine Computer-Tomographie nichts anderes als
ein berechnetes Bild von einem schnell um das Objekt kreisenden
Röntgen-Gerätes.
Computer-Tomographie ist nur das Darstellungsverfahren. Ob Daten aus
Röntgen, Magnetresonanz, Schall usw. verabeitet werden ist egal.
Post by Nicolas Mittelmaier
Und beim MRT (das ist doch dasselbe wie Kernspintographie?) haben die
Strahlen glaube ich eine wesentlich niedrigere Frequenz, oder?
Kernspintomographie wird es deshalb nicht mehr so gerne genannt, weil
die Patienten teilweise bei dem Wort "Kern" an Röntgen gedacht haben und
dadurch Vorbehalte gegenüber der Untersuchung hatten.

Jürgen
stefan sprungk
2003-11-20 07:57:13 UTC
Permalink
Post by Nicolas Mittelmaier
Hallo,
Wenn ich das richtige sehe, ist eine Computer-Tomographie nichts anderes als
ein berechnetes Bild von einem schnell um das Objekt kreisenden
Röntgen-Gerätes.
Aber nur mal von der Frequenz her: Funktionieren Röntgen und CT mit
derselben Frequenz?
Und beim MRT (das ist doch dasselbe wie Kernspintographie?) haben die
Strahlen glaube ich eine wesentlich niedrigere Frequenz, oder?
Vielen Dank für die Antworten,
Nico
Hier werden sehr viele Dinge durcheinander gebracht.

Richtig ist, das bei Tomographischen Verfahren Schichtbilder berechnet
werden. Computertomographie heißt der Spaß nur deshalb, weil Computer
eingesetzt werden, die aus Messdaten digitale Schichtbilder berechnen.
Schnell brauchen die Strahlen- und Detektorvorrichtungen hierbei nicht
um den Körper zu kreisen. Viele Untersuchungen dauern etliche Minuten.

Bei der klassischen Röntgen-Computertomographie durchleuchtet ein
Röntgenstrahl den Körper, wobei eben ein Teil der Strahlung absorbiert
wird. Der Teil, der den Körper an einer bestimmten stelle wieder
verlässt wird zusammen mit der Position des Detektors gemessen,
digitalisiert und im Computer abgespeichert. Aus den Positionsdaten
und den Absorptionsdaten, die proportional zur Gewebedichte sind,
lassen sich mit ausgefeilten mathematischen Tricks (numerische
Verfahren) die Gewebedichte als Schichtbild dem sog. Tomogramm
darstellen. Die aufgenommenen Strahlendosen sind hierbei nicht
unerheblich. Außerdem handelt es sicht bei Röntgenstrahlen um
ionisierende Strahlen, die durchaus Schäden im Körper verursachen.

Bei der NMR ist das physikalische Prinzip völlig anders. Bei NMR bzw.
Nuklear-Mangnetische Resonanzverfahren werden Atome mit einem eigenen
starken magnetischen Moment wie z.B. Wasserstoff oder Natrium als
Messobjekte verwendet. Diese Atome werden zunächst einem starken
homogenen magnetischen Feld ausgesetzt. Hierbei präzedieren
(vereinfachte Erklärung) die Kerne um die Magnetisierungsachse wie
mechanische Kreise um die Schwerkraftrichtung. Dann wird das erste
Feld mit einem magnetischen Gradientenfeld überlagert. Zuletzt wird
die gesamte Anordnung mit Hochfrequenzimpulsen bestrahlt. Je nach
Eigenfrequenz der Anordnung (Abhängig vom resultierenden Feld) werden
diese Impulse von den Atomen aufgenommen, die nun kurzfristig
ausgelenkt werden und nach einer charakteristischen Zeit in ihre
Ursprungspräzesionsbewegung zurück fallen. Beim zurück fallen senden
sie einen Echoimpuls der von einem Detektor aufgenommen wird. Als
Daten werden die Echos, die Echozeiten und Feldverteilung aufgenommen
und digital abgespeichert. Aus diesen Daten lassen sich ebenfalls
Schichtbilder jedoch mit ganz anderen Informationen errechnen. Der
Körper ist hierbei keinerlei ionisierender Strahlung ausgesetzt.
Jedoch können Tattoos oder irgendwelche metallischen Implantate zur
Artefakten also Fehldarstellungen führen. NMR gehört zu den Verfahren
die man auch als Hochfrequenzspektroskopie bezeichnet und auch in der
analytischen Chemie angewendet werden.
Uwe Hercksen
2003-11-20 09:29:47 UTC
Permalink
Post by stefan sprungk
Schnell brauchen die Strahlen- und Detektorvorrichtungen hierbei nicht
um den Körper zu kreisen. Viele Untersuchungen dauern etliche Minuten.
Hallo,

so langsam sind die auch wieder nicht, weil bei einer Untersuchung meist
etliche Bilder gemacht werden, pro Ebene oder Bild mindestens ein
Umlauf. Moderne Geräte verfügen über erhebliche Rechenleistung um die
Bilder in nicht allzulanger Zeit zu erzeugen. Bewegungsunschärfen durch
die Atmung und den Herzschlag sollen ja möglichst vermieden werden,
insbesondere bei Thorax Aufnahmen im Bereich von Herz und Lunge. Es wird
sogar manchmal die Abtastung genau auf den Herzschlag synchronisiert.

Bye
Jürgen Press
2003-11-20 10:26:46 UTC
Permalink
Post by Uwe Hercksen
Moderne Geräte verfügen über erhebliche Rechenleistung um die
Bilder in nicht allzulanger Zeit zu erzeugen.
Was oft vergessen wird, nicht nur die Hardware macht einen Computer
schnell. Vor allem die Weiterentwicklung der Software u.a. durch den
Einsatz von besseren mathematischen Verfahren, sind für den
Geschwindigkeitszuwachs der letzten Jahre verantwortlich.
Rolf Bombach
2003-11-20 14:12:47 UTC
Permalink
Post by Jürgen Press
Post by Uwe Hercksen
Moderne Geräte verfügen über erhebliche Rechenleistung um die
Bilder in nicht allzulanger Zeit zu erzeugen.
Was oft vergessen wird, nicht nur die Hardware macht einen Computer
schnell. Vor allem die Weiterentwicklung der Software u.a. durch den
Einsatz von besseren mathematischen Verfahren, sind für den
Geschwindigkeitszuwachs der letzten Jahre verantwortlich.
Letzteres gilt nicht notwendigerweise für Windows-basierende Systeme.
SCNR
--
mfg Rolf Bombach
WinXP
stefan sprungk
2003-11-20 15:26:02 UTC
Permalink
Post by Nicolas Mittelmaier
Post by stefan sprungk
Schnell brauchen die Strahlen- und Detektorvorrichtungen hierbei nicht
um den K rper zu kreisen. Viele Untersuchungen dauern etliche Minuten
.
Hallo,
so langsam sind die auch wieder nicht, weil bei einer Untersuchung meist
etliche Bilder gemacht werden, pro Ebene oder Bild mindestens ein
Umlauf. Moderne Ger te verf gen ber erhebliche Rechenleistung um d
ie
Bilder in nicht allzulanger Zeit zu erzeugen. Bewegungsunsch rfen durch
die Atmung und den Herzschlag sollen ja m glichst vermieden werden,
insbesondere bei Thorax Aufnahmen im Bereich von Herz und Lunge. Es wird
sogar manchmal die Abtastung genau auf den Herzschlag synchronisiert.
Bye
Klar ich bin nicht mehr auf dem neuesten Stand. Das letzte mal habe
ich mich beruflich mit diesem Thema vor ca. 15 Jahren beschäftigt.
Damals haben wir PDP-11 Rechner mit Arrayprozessoren von Analogic
verwendet.
Martin Stent
2003-11-23 17:25:00 UTC
Permalink
Hallo stefan,
Post by stefan sprungk
Klar ich bin nicht mehr auf dem neuesten Stand. Das letzte mal
habe
Post by stefan sprungk
ich mich beruflich mit diesem Thema vor ca. 15 Jahren beschä
ftigt.
Post by stefan sprungk
Damals haben wir PDP-11 Rechner mit Arrayprozessoren von
Analogic
Post by stefan sprungk
verwendet.
Ah... I remember it well.

Actually, I have been servicing CTs for exactly 25 years this
month, and have seen the state of the art go from 1 slice with
80 by 80 voxel matrix made in 5 minutes back then, to 16 slices
with 512 by 512 voxels scanned in parallel in half a second and
reconstructed inside of 1 second today.
It has been an interesting journey, and it's not over yet.

Martin.
---
time is the fire in which we burn.
Rene Tschirley
2003-11-20 16:27:20 UTC
Permalink
Post by Uwe Hercksen
weil bei einer Untersuchung meist
etliche Bilder gemacht werden, pro Ebene oder Bild mindestens ein
Umlauf.
Nicht bei Multislice-Geraeten. 16 Detektorreihen sind bei aktuellen
Geraeten durchaus nicht mehr die Ausnahme. Klickst Du hier:
http://www.multislice-ct.com

Weiterhin reicht eine halbe Umdrehung i.A. fuer die Rekonstruktion aus,
sog. Spiral-Scanner benoetigen durch geschickte Ausnutzung der
Aufnahmegeometrie somit noch weniger Umdrehungen.

Gruss,
Rene
--
Dipl.-Inform. René Tschirley http://www.cs.tu-berlin.de/~pooh
TU Berlin, Computer Graphics and Computer Assisted Medicine research group
Rene Tschirley
2003-11-20 16:15:02 UTC
Permalink
Nimmst Du Dir ne halbe Stunde Zeit und klickst Du hier:
http://cg.cs.tu-berlin.de/~pooh/uni/car

Gruss,
Rene
--
Dipl.-Inform. René Tschirley http://www.cs.tu-berlin.de/~pooh
TU Berlin, Computer Graphics and Computer Assisted Medicine research group
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