Als Sammelbegriff der medizinischen Diagnostik umfassen bildgebende Verfahren unterschiedlichste apparative, sprich auf technischen Instrumenten beruhende Untersuchungsmethoden, die Bilddaten von menschlichen Organen und Strukturen erzeugen. Mithilfe dieser Verfahren gewonnene visuelle Darstellungen, ob zwei- oder dreidimensional, ermöglichen es, krankheitsbedingte Veränderungen des Körpers im Rahmen einer Diagnose festzuhalten. Neben dem Röntgen, das sich im 20. Jahrhundert als erste bildgebende Methode weltweit etablierte, hielten unter anderem auch der Ultraschall, die Computertomographie, Kernspintomographie, Magnetresonanztomographie und Szintigraphie Einzug in medizinische Diagnoseprozesse.
Heute ist die bildgebende Diagnostik in beinahe allen Fachgebieten der Medizin von hoher Bedeutung oder gar unverzichtbar und kennt inzwischen Hybridmethoden, welche die Vorteile gängiger Einzelmethoden kombinieren, damit ein noch detaillierteres Bild des Befundes entstehen kann. Entsprechend hat sich ihr Anwendungsbereich in den vergangenen Jahrzehnten ebenfalls hinsichtlich der menschlichen Körperregionen erweitert. So sind spezielle Verfahren – in diesem Rahmen oftmals Neuroimaging benannt – in der Lage, Einblicke in die inneren Strukturen und Prozesse des Gehirns zuzulassen. Dabei muss der Schädel des Betroffenen, wie auch im Falle verwandter bildgebender Verfahren, nicht tatsächlich geöffnet werden.
Harmonic Drive® Getriebe als Komponente hochmoderner Bildgebung
Haben sich bildgebende Verfahren vor allem bei der klassischen Diagnose einen Namen gemacht, so ist ihr Einsatz auch intraoperativ, sprich während einer Operation von Vorteil. Sie ermöglichen eine direkte Kontrolle des chirurgischen Eingriffs und führen zu besseren Behandlungsergebnissen. Unterläuft dem ausführenden Fachpersonal beispielsweise ein Fehler bei der Positionierung eines Implantats, kann aufgrund der Echtzeit-Bildgebung eine Korrektur vorgenommen werden. Somit wird die Gefahr von Revisionsoperationen durch intraoperative bildgebende Diagnostik maßgeblich verringert.
Zu den technischen Apparaten, die eine intraoperative Bildgebung sicherstellen, gehören unter anderem mobile C-Bögen. Diese werden speziell für 2D- und 3D-Bildgebungsverfahren entwickelt und kommen bei komplexen Eingriffen im Bereich der Orthopädie, Unfallchirurgie und Wirbelsäulenchirurgie zum Einsatz. Wo das Leben eines Menschen auf dem Spiel steht, ist verlässliche und präzise Technik unabdingbar. Aus diesem Grund verwenden Hersteller medizinischer Geräte wie den zuvor beschriebenen C-Bögen Wellgetriebe der Harmonic Drive® Baureihe HFUS-2UH. Einmal in die Angularachse integriert, ermöglicht ihre hohe Drehmomentdichte einen kompakten Antriebsmotor. Spielfreiheit, exzellente Übertragungsgenauigkeit und hohe Getriebesteifigkeit stellen zudem einen schwingungsfreien Lauf des C-Bogens über den gesamten Drehzahlbereich sicher. Einheiten der Harmonic Drive® Baureihe HFUS-2UH gewähren darüber hinaus eine hohe Überlastfähigkeit und bestmöglichen Gleichlauf, wodurch das entsprechende bildgebende Verfahren ohne Erschütterungen auskommt.
Bildgebende Diagnostik mit Röntgenstrahlung
Dank kontinuierlicher Forschung und Entwicklung besteht heute eine Vielzahl von unterschiedlichen, spezifischen Verfahren der bildgebenden Diagnostik. Auch wenn sie im Grunde alle das Ziel verfolgen, die ärztliche Diagnose durch visuelle Unterstützung zu bereichern, bieten sich diverse Möglichkeiten zu ihrer Klassifikation an. Optionen sind beispielsweise die Art der Bilderzeugung, die Art der erzeugten Bilddaten oder aber der Unterschied zwischen anatomischer und funktioneller Bildgebung. Zu den konventionellen Verfahren der bildgebenden Diagnostik gehören jene, die auf Röntgenstrahlung beruhen. Die Radiografie wurde vom Physiker Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt. Er experimentierte mit Röntgenstrahlen und erstellte das erste Röntgenbild im Dezember 1895.
Konventionelles Röntgen
Trotz neuerer Verfahren ist die konventionelle Röntgenaufnahme noch immer eine sehr wichtige Technik zur bildgebenden Diagnostik unterschiedlichster Erkrankungen. Die Röntgenstrahlen werden in einer Röntgenröhre erzeugt und durchleuchten bei der Röntgenaufnahme die zu untersuchenden Körperteile. Je nach Dichte des bestrahlten Gewebes werden die Strahlen absorbiert oder blockiert. Sie durchdringen das Gewebe unterschiedlich stark. Knochen blockieren die Röntgenstrahlen sehr gut, während Gewebe und Muskulatur durchlässiger sind. Die konventionelle Röntgenaufnahme eignet sich besonders zur bildgebenden Diagnose bei der Untersuchung von Knochen und kalziumreichen Geweben. Aber auch Organe wie Leber und Harnblase und die Lunge werden konventionell geröntgt.
Computertomografie (CT)
Seit Mitte der 1970er Jahre wird zur bildgebenden Diagnostik auch die Computertomografie eingesetzt. Sie kommt für eine besonders große Bandbreite an klinischen Fragestellungen in vielen Fachbereichen zum Einsatz. Eine intensive Nutzung findet vor allem in der Notfallmedizin statt, wenn für die Therapieentscheidung schnell detaillierte Informationen gebraucht werden. Der Computertomograf erstellt in hoher Geschwindigkeit Schnittansichten vom Körper des Patienten und fertigt daraus Querschnittbilder an. Infolge können dreidimensionale Illustrationen und Ansichten entwickelt werden. Dafür nutzt die Computertomografie einen fächerförmigen Röntgenstrahl, der im rotierenden Tunnel erzeugt wird. Wie beim konventionellen Röntgen hängt auch bei einer CT die Abschwächung des Röntgenstrahls von der Dichte des Gewebes oder des Knochens ab.
Mammografie
Die strahlungsarme Röntgentechnik der Mammografie hat ihren Platz unter den bildgebenden Verfahren Mitte der 1960er Jahre zur Darstellung der Brust und im Rahmen der Brustkrebs-Früherkennung gefunden. Mit Einführung der digitalen Mammografie konnte die Belastung der Röntgenstrahlung durch den Einsatz elektronischer Detektoren stark reduziert werden. Die Umwandlung der Röntgenstrahlung in elektrische Signale ist ein großer Fortschritt. Inzwischen können mithilfe der bildgebenden Diagnostik der Mammografie bereits 3D-Bilder der gesamten Brust über die Tomosynthese erstellt werden. Durch die Kombination von Bildern aus vielen verschiedenen Blickwinkeln wird eine 3D-Darstellung errechnet, durch die weit mehr Krebsfälle entdeckt werden.
Angiografie
Beim Röntgenverfahren der Angiografie werden Arterien, Venen und Organe untersucht. Nach Injektion eines Kontrastmittels wird die Röntgenaufnahme, das Angiogramm, über einen Katheter erstellt, der über die Leisten- oder Ellenbeuge in eine Arterie oder Vene eingeführt wird. Über die das bildgebende Verfahren der Angiografie können verengte oder blockierte Gefäße erkannt und ohne Operation erweitert oder wieder durchgängig gemacht werden.
Ultraschall (Sonographie)
Bei der Sonographie – einem Verfahren der bildgebenden Diagnostik ohne Röntgenstrahlung – wird ein Sonogramm, ein Ultraschallbild, erzeugt. Vor allem innere Organe oder die Gesundheit des Ungeborenen während der Schwangerschaft werden so untersucht. Das Verfahren nutzt Schallwellen, die auf das Gewebe treffen und reflektiert werden. Das Sonogramm entsteht durch die unterschiedliche Beugung der Strahlen. Der Ultraschallkopf wird in Form eines Handgeräts über die Haut geführt und gibt die Schallwellen ab. Die dann reflektierten Wellen werden ebenfalls vom Ultraschallkopf verarbeitet. Die Sonografie kann neben der Darstellung von Gewebezuständen auch Bewegungen erfassen und zum Beispiel Durchblutungsstörungen sichtbar machen. Die Ultraschalluntersuchung kommt zum Einsatz bei gynäkologischen Untersuchungen, Abklärung von Schilddrüsenerkrankungen, für ein Screening der Blutgefäße, bei der bildgebenden Diagnostik der Organe des Bauchraumes, aber auch bei Gelenkbeschwerden oder um Veränderungen im Lymphsystem sichtbar zu machen
Magnetresonanztomografie (MRT)
Die Magnetresonanztherapie als Verfahren der bildgebenden Diagnostik arbeitet ebenfalls nicht mit Röntgenstrahlen. Die MRT nutzt stattdessen starke Magnetfelder und gepulste Radiowellen, um sehr detaillierte Schnittbilder vor allem in der Weichteildarstellung zu liefern. Auch das Gehirn ist mittels MRT besonders gut darstellbar. Gewebe mit geringem Wassergehalt, wie z. B. Knochen, werden dagegen weniger gut abgebildet. Ein besonderer Schwerpunkt liegt deshalb in der Diagnose von Gehirntumoren, Untersuchungen von Band-, Kapsel- und Knorpelschäden an Gelenken, Bandscheibenschäden oder auch in der Überprüfung von Blutfluss und Funktion des Herzens und der Bauch- und Beckenorgane. Die MRT ist auch unter dem Begriff Kernspintomografie bekannt. Neben einem sehr starken supraleitenden Magneten und kleineren gestaffelten Magneten zur Erzeugung und Änderung eines Magnetfeldes senden Spulen Radiowellen aus und empfangen diese. Das Radiosignal wird während der Untersuchung an- und ausgeschaltet, die von den Atomen aufgenommene Energie wird reflektiert und die Radiowellen werden gemessen. Ein Computer berechnet die Absorption und Reflektion der Radiowellen und erstellt daraus Schichtbilder.
Molekulare Bildgebung
Mit radioaktiven Markern oder Radiopharmazeutika werden bei der molekularen Bildgebung Krankheiten visualisiert und diagnostiziert. Das Verfahren wird bei vielen Krebsarten oder Herzerkrankungen eingesetzt. Die verabreichten Stoffe reichern sich in den zu untersuchenden Körperregionen oder Organen an und geben Energie in Form von Gamma-Strahlen ab. Über die Positronenemissionstomografie (PET) oder die Single-Photo-Emmission-Computed-Tomography (SPECT) – einer Weiterentwicklung des Szintigrafieverfahrens – wird die Energie als Bild verarbeitet. Aus den vom Computer berechneten absorbierten Mengen des Radiopharmazeutikums werden Illustrationen erstellt. Mit der molekularen Bildgebung werden Strukturen abgebildet und auch die Funktionen von Organen, Gewebe, Knochen oder Organsystemen dargestellt.
Hybridmethoden
Seit 2010 wird die Magnetresonanztomografie (MRT) mit der Positronenemissionstomografie (PET) in einem kombinierten Verfahren der bildgebenden Diagnostik genutzt. Diese Hybridbildgebung ist unter dem Namen MR-PET oder PET/MR bekannt. Die Geräte stehen vor allem in Universitätskliniken, Forschungsinstituten oder größeren Röntgenzentren zur Verfügung. MR-PET-Bildgebungssysteme ermöglichen die Diagnose von Veränderungen oder potenziellen Erkrankungen in einem besonders frühen Stadium. Das Gesamtbild entsteht aus den Bildern der zellulären oder molekularen – also biologischen – Ebene und der anatomischen Situation. Dabei sind die CT- oder MRT-Systeme in die Verfahren der molekularen Bildgebung integriert.
Auch bei der weiteren Entwicklung der bildgebenden Diagnostik werden Verfahren im Vordergrund stehen, die eine geringe Belastung mit ionisierender Strahlung (Röntgenstrahlung) vorsehen. Innovative Verfahren mindern das gesundheitliche Risiko des Patienten, steigern die Diagnosegenauigkeit verbessern so die Therapieauswahl.