Ge­schich­te der Com­pu­ter­to­mo­gra­phie

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.

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).

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.

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.

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.

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.

1980 DSR zeigt die Mög­lich­kei­ten der nächs­ten De­ka­de

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.

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.

Sei­te 1 – Seite 2