Die Geschichte der Computertomographie - von Godfrey Hounsfield zum 32-Zeiler

 

1917: Mathematische Grundlagen für die Rekonstruktion eines drei-dimensionalen Objekts

 

Der österreichische Mathematiker Radon entwickelt ein Rechenmodell, mit dem ein drei-dimensionales Objekt aus zahlreichen zwei-dimensionalen Projektionen dieses Modells errechnet werden kann. Seine Ergebnisse werden seinerzeit in der Physik genutzt.

 


1964: Eine vorerst kaum beachtete Publikation

 

Der südafrikanische Physiker Allen M. Cormack veröffentlicht eine Arbeit, in der er die Dichte einzelner Punkte in einem Volumen ermittelt, in dem er die Röntgenröhre um sein Objekt rotieren lässt und alle 7.5° ein Bild anfertigt. Cormack arbeitet in der Strahlentherapie und möchte Bestrahlungen genauer planen.
 

 


1968: Der Prototyp

 

Der englische Ingenieur Godfrey N. Hounsfield (geb. 1919) entwickelt den ersten mit Röntgenstrahlung arbeitenden Experimental-Scanner. Vorerst können nur anatomische Präparate vermessen werden.
 

 


1968: Bilder anatomischer Hirnscheiben

 

Die Messung dauert bis zu 9 Stunden, die Bildrekonstruktion 2 ½ Stunden. Auf dem Bild ist partiell eine Unterscheidung zwischen grauer und weißer Hirnsubstanz möglich.
 
Erstes Bild einer anatomischen Struktur

 


1971: Hounsfield entwickelt die Computertomographie

 

Der englische Ingenieur Godfrey N. Hounsfield (geb. 1919) entwickelt den ersten Computertomographen (CT). Er arbeitet weder an einer Universität noch bei einem renommierten Gerätehersteller, sondern bei der britischen Firma EMI (diese produzierte seinerzeit Schallplatten und elektronische Bauelemente).
 
G. Hounsfield

 


1972: Das Gehirn wird ohne Öffnung des Schädels sichtbar

 

Kopf-Scanner EMI Mark I. Diese erste Geräte-Generation hat nur einen einzelnen Detektor, welcher genau gegenüber der Strahlenquelle liegt und mit dieser um den Patientenkopf rotiert. Heutige Geräte besitzen mehr als 4000 Detektoren- es ist also leicht nachvollziehbar, warum die Akquisition einer einzelnen Schicht mehr als 5 Minuten dauert. Das erste Gerät wird im Atkinson Morley’s Hospital in London aufgestellt.
 
Erster kommerziell erhältlicher CT-Scanner der Fa. EMI

 


1973: Die CT ermöglicht enormen klinischen Fortschritt

 

Mit dieser revolutionären Röntgentechnik können Weichteilgewebe, welche sich in ihrer Dichte nur geringfügig unterscheiden (Graue und weiße Hirnsubstanz), differenziert werden. Hirntumoren, Atrophien und Infarkte lassen sich unterscheiden. James Ambrose, Neuroradiologe, veröffentlicht die ersten klinischen Ergebnisse. In der frühen „klinischen Routine“ werden vier 13 mm dicke Schichten in etwa 25 Minuten akquiriert.

 


1973: Die neue Technik geht um die Welt

 

In der Mayo Klinik wird der erste Kopfscanner der USA aufgestellt.

 


1974: Erster Siemens Kopfscanner SIRETOM

 

Die Entwicklung bescherte der kleinen Firma EMI für knapp zwei Jahre eine Monopolstellung, erst 1974 konnte Siemens als erster traditioneller Röntgengerätehersteller mit dem SIRETOM nachziehen.
 
Erster CT-Scanner der Fa. Siemens

 


1974: Zahlreiche klinische Diagnosen lassen sich aus den Bildern ableiten

 

Ein Bild aus dem SIRETOM mit einer Bildmatrix von 80 x 80 Bildpunkten, für die Akquisition einer Schicht wurden etwa 10 Minuten benötigt. Im Vergleich zu einem modernen Bild (Matrix 1024 x 1024) ist die Auflösung noch sehr bescheiden.
 
Die ersten "guten" CT-Bilder eines SIRETOM

 


1974: 2. Gerätegeneration: Die Bilder werden schärfer und schneller.

 

In der zweiten CT-Generation (EMI 5000 Scanner) werden immerhin schon bis zu 52 hintereinander liegende Detektoren verwendet. Die räumliche Auflösung nimmt von 80 auf bis zu 320 Bildpunkte zu. Die Aufnahmezeit kann auf 18 Sekunden pro Schicht heruntergeschraubt werden.

 


1974: Vom Kopf zum gesamten Körper

 

Erster Ganzkörperscanner (ACTA Scanner). Das erste Exemplar kommt in der Universität von Minnesota/USA zum Einsatz. Die Bewegungsartefakte limitieren den Einsatz am Körperstamm, so dass diagnostische Bilder vorerst nur vom Kopf oder den Extremitäten möglich sind.

 


1974: 3. Gerätegeneration: Zum ersten Mal kann die Röhre kontinuierlich rotieren.

 

Die zeitliche Auflösung der bisherigen Geräte wurde durch das Trägheitsmoment von Röhre und Detektor, welche immer wieder beschleunigt und abgebremst werden mussten, limitiert. In der 3. Scannergeneration haben die Geräte jetzt zwischen 256 und 1200 Detektoren, welche einen Winkel von 30° bis 60° des Scanners abdecken. Die Aufnahmezeit wird hierdurch weiter verkürzt, der Detektor muss aber unverändert zeitgleich mit der Röntgenröhre rotieren.

 


1977: Fachzeitschrift beschäftigt sich ausschließlich mit CT

 

In New York erscheint die erste Ausgabe einer Fachzeitschrift, welche sich ausschließlich der CT widmet. Der Herausgeber ist Giovanni Di Chiro, Neurochirurg am National Institute of Health in Bethesda. Diese Konstellation zeigt, dass der klinische Schwerpunkt des CT seinerzeit eindeutig die Schädel-CT war.

 


1977: 4. Gerätegeneration: Nur die Röhre rotiert, die bewegte Masse reduziert sich

 

4. Scannergeneration (AS&E-Scanner). Erstmals sind die Detektoren zirkulär und fest im gesamten Gerät montiert. Es rotiert nur noch die Röntgenröhre, was die Aufnahmezeiten für einen Scan (eine Scheibe) auf 1-5 Sekunden reduziert. Für diese Technik sind 1200 – 2400 Detektoren notwendig.

 


1979: Medizin-Nobelpreis für G. Hounsfield und A. Cormack

 

Für die Pionierarbeiten an der Computertomographie erhalten die beiden Erfinder der Technik, welche vollkommen unabhängig voneinander gearbeitet haben, gemeinsam die höchste Auszeichnung in der Medizin: den hoch angesehenen Nobelpreis.

 


1980: Ein technisch zu kompliziertes und zu teueres Monster

 

Dynamik Spatial Reconstructor (DSR). Das sogenannte „Mayo-Monster“ hat 28 Anodenröhren, welche in einer 4,5 m durchmessenden Gantry befestigt sind und um den Patienten rotieren. Während ein „konventioneller“ CT Scanner seinerzeit 5 sec benötigt, um eine Schicht zu erfassen, bringt es der DSR im gleichen Intervall auf bis zu 75.000 (!) Schichten. Die Schichtdicke beträgt sensationell feine 0.9 mm. Durch die damaligen Limitationen der Computertechnik benötigt die Rekonstruktion der Bilder ein Vielfaches der Aufnahmezeit.
 
DSR-Gerät in der Mayo-Klinik

 


1980: DSR zeigt die Möglichkeiten der nächsten Dekade

 


 
Grandiose Bilder: DSR-Aufnahme der Herzkranzgefäße

 


1983: EBT bietet die besten Herzaufnahmen - technologisch eine Sackgasse

 

Entwicklung der Elektronenstrahl-CT (EBT) an der Universität von Kalifornien in San Francisko (UCSF): Der Elektonenstrahl wird elektromagnetisch gesteuert. Die Abtastung einer gesamten Schicht ist in 50 msec möglich, da die neue Technik keine rotierenden Geräteteile benötigt (die Detektoren sind stationär befestigt). Die Geräte sind im Durchmesser deutlich kleiner jedoch länger als bisherige CT-Scanner. Die Schichtdicke beträgt 0.8 mm. Durch die hervorragende Zeitauflösung sind sowohl morphologische als auch funktionelle Herzuntersuchungen möglich. Im Vergleich zur Spiral-CT oder der späteren MD-CT ist der Unterhalt der Geräte um ein Vielfaches teurer. Somit bleibt eine weite Verbreitung des EBT aus.
 
EBT-Aufnahme

 


1987: Scanner mit kontinuierlich rotierender Röhre

 

Bei den konventionellen CT Geräten wird der Strom der Röntgenröhre über Kabel zugeführt weshalb diese nach einem 360° Scan abgebremst und an ihre ursprüngliche Position zurückgebracht werden muss. Eine minimale Scanzeit von 2 Sekunden stellte das erreichbare Limit dar. Eine weitere Verkürzung war erst mit der Einführung von Schleifenringspannungskontakten möglich. Diese erlaubten eine kontinuierliche Rotation von Röntgenröhre und Detektor.

 


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