WEBVTT NOTE Podcast: Forschergeist Episode: FG087 Computertomographie Publishing Date: 2021-10-31T10:04:41+01:00 Podcast URL: https://forschergeist.de Episode URL: https://forschergeist.de/podcast/fg087-computertomographie/ 00:00:43.101 --> 00:00:47.500 Hallo und herzlich willkommen zu Forschergeist, dem Podcast des Stifterverbands für die deutsche Wissenschaft. 00:00:47.501 --> 00:00:53.900 Mein Name ist Tim Pritlove und ich begrüße alle hier zur Ausgabe 87 bei Forschergeist. 00:00:53.901 --> 00:00:56.800 Und heute geht es um die Zukunft. 00:00:56.801 --> 00:01:08.200 Denn es sind vor ein paar Tagen die Nominierungen veröffentlicht worden für den deutschen Zukunftspreis 2021, 00:01:08.201 --> 00:01:13.000 bei dem unter anderem auch der Stifterverband seine Finger mit im Spiel hat. 00:01:13.001 --> 00:01:19.500 Und das ist ein Preis, der besondere technische Entwicklungen belohnt im Ingenieursbereich 00:01:19.501 --> 00:01:22.600 oder auch im naturwissenschaftlichen Bereich. 00:01:22.601 --> 00:01:27.400 Und wir wollen das zum Anlass nehmen, mit diesen nominierten Gruppen zu sprechen. 00:01:27.401 --> 00:01:32.700 Und heute ist die erste Folge davon und dazu bin ich nach Forchheim gefahren zu Siemens, 00:01:32.701 --> 00:01:37.900 zu den Siemens Healthineers und begrüße meinen Gesprächspartner für heute, nämlich Thomas Flohr. 00:01:37.901 --> 00:01:38.900 Schönen guten Tag Herr Flohr. 00:01:38.901 --> 00:01:41.400 Schönen guten Tag. 00:01:41.401 --> 00:01:48.800 Ja Herr Flohr, wir sind hier bei Siemens, Siemens ist ja in vielen Bereichen unterwegs, das weiß man 00:01:48.801 --> 00:01:51.700 und genauso auch in der Gesundheitstechnik. 00:01:51.701 --> 00:01:59.200 Dieser Standort ist im Wesentlichen dafür prädestiniert, hier wird sehr viel gemacht, richtig? 00:01:59.201 --> 00:02:05.600 Naja, an diesem Standort hier in Forchheim ist eigentlich ein Hauptzentrum der medizinischen Technik. 00:02:05.601 --> 00:02:14.000 Hier sind verschiedene Geschäftsbereiche, wie wir das nennen, untergebracht, unter anderem die Computertomographie. 00:02:14.001 --> 00:02:17.700 Genau, und um die soll es heute im Wesentlichen auch gehen. 00:02:17.701 --> 00:02:21.000 Sie sind ja in diesem Bereich engagiert. 00:02:21.001 --> 00:02:28.900 Und ja eine neue Entwicklung im Bereich der Computertomographie die hat dann auch zu dieser Nominierung für den Zukunftspreis geführt. 00:02:28.901 --> 00:02:35.100 Bevor wir darüber sprechen, würde mich natürlich erst mal interessieren, wie Sie selbst zum Ingenieur geworden sind. 00:02:35.101 --> 00:02:43.100 Was hat Sie denn in diesen Feld gezogen, waren Sie schon immer hier unterwegs oder ist das eher eine jüngere Entwicklung? 00:02:43.101 --> 00:02:46.100 Naja, jetzt bin ich zunächst mal kein Ingenieur, sondern Physiker. 00:02:46.101 --> 00:02:49.700 Das ist jetzt vielleicht ein kleines Detail, aber schon, glaube ich, wichtig. 00:02:49.701 --> 00:02:52.400 Okay, wichtig. 00:02:52.401 --> 00:03:02.700 Ich bin in diesem Gebiet eigentlich schon tätig, seit ich von der Universität abgegangen bin. 00:03:02.701 --> 00:03:09.500 Ich habe mich mein ganzes Berufsleben lang mit der Computertomographie beschäftigt. 00:03:09.501 --> 00:03:20.100 Ist vielleicht etwas ungewöhnlich, aber hat auch dazu geführt, dass ich, glaube ich, schon mit der Methode sehr verwurzelt bin. 00:03:20.101 --> 00:03:21.500 Wie kam es denn dazu? 00:03:21.501 --> 00:03:31.900 Es kam dazu ganz einfach, ich war promoviert an der Uni, war fertig, habe mir überlegt, bleibst du jetzt an der Uni, machst du eine Unikarriere 00:03:31.901 --> 00:03:40.600 oder gehst du in die Industrie und habe mich dann letztendlich entschieden, nein du gehst in die Industrie. 00:03:40.601 --> 00:03:56.200 Einfach aus dem Grund, weil ich im Grunde immer auch sehen wollte, dass aus den Sachen, an denen ich arbeite, irgendein Produkt entsteht, irgendwas nützliches. 00:03:56.201 --> 00:04:09.000 Also ich war immer weniger an der hehren Grundlagenforschung interessiert, sondern daran, was wirklich anwendbares, praktisches zu machen. 00:04:09.001 --> 00:04:14.200 Das ist ja immer so ein Konflikt, denke ich, in dem alle Wissenschaftler in irgendeiner Form stehen. 00:04:14.201 --> 00:04:14.800 Ja. 00:04:14.801 --> 00:04:22.500 ob man sich jetzt mehr der Lehre, der Forschung, der Grundlagenforschung widmet oder es in der Industrie macht. 00:04:22.501 --> 00:04:25.300 Jetzt hätte ich gern gefragt, wie vergleichen Sie denn die beiden? 00:04:25.301 --> 00:04:29.300 Aber Sie haben ja im Prinzip auch nur die eine Seite wirklich jetzt richtig durchlebt oder? 00:04:29.301 --> 00:04:33.400 Naja, das ist an sich kein Widerspruch. 00:04:33.401 --> 00:04:44.800 Ich habe die eine Seite durchlebt, auf Seiten der Industrie, bin aber nebenbei auch zum Beispiel an der Universität tätig, 00:04:44.801 --> 00:04:52.300 an der Universität Tübingen, da konnte ich mich habilitieren im Bereich medizinische Technik. 00:04:52.301 --> 00:05:04.900 Ich halte da auch durchaus mal Vorlesungen oder gebe Studentenkurse und das ist, finde ich, sehr bereichernd, auch diesen Aspekt zu sehen. 00:05:04.901 --> 00:05:12.800 Also es heißt nicht, dass jemand, der in der Industrie arbeitet, dann für die Wissenschaft oder die Forschung verloren ist. 00:05:12.801 --> 00:05:16.700 Das lässt sich durchaus vereinbaren. 00:05:16.701 --> 00:05:19.100 Ja, kommen Sie auch dazu, Papers zu schreiben irgendwie auch wirklich? 00:05:19.101 --> 00:05:21.500 Ja, natürlich ja. 00:05:21.501 --> 00:05:29.300 Das ist auch ein wesentlicher Teil dessen, was wir in meiner/unserer Arbeitsgruppe tun. 00:05:29.301 --> 00:05:38.000 Wir sind auch selber wissenschaftlich präsent, wir schreiben Papers, wir nehmen an Konferenzen teil. 00:05:38.001 --> 00:05:43.300 Mit anderen Worten, eigentlich genau das gleiche, aber man hat mehr Impact was die tatsächliche Produktentwicklung betrifft, 00:05:43.301 --> 00:05:46.800 weil das kann man ja eigentlich mit der Grundlagenforschung nur sehr indirekt beeinflussen. 00:05:46.801 --> 00:05:55.800 Man hat in der Industrie sicher mehr Impact, was die tatsächliche Produktentwicklung betrifft, als an einer Universität, wo man so was, 00:05:55.801 --> 00:06:00.100 wie Sie sagen, vermutlich eher indirekt beeinflussen kann. 00:06:00.101 --> 00:06:09.600 Was muss ein Unternehmen so bereit halten, damit diese Integration von Wissenschaft auch wirklich so einen starken Forschungsschwerpunkt hat, 00:06:09.601 --> 00:06:12.100 wo ja im Prinzip dasselbe Problem mitschwingt? 00:06:12.101 --> 00:06:18.800 Man forscht zunächst einmal an etwas, von dem man eigentlich noch nicht weiß, ob man da in irgendeiner Form zum Ziel kommen wird. 00:06:18.801 --> 00:06:24.300 Das ist ja eigentlich auch immer etwas, was so im Raum schwebt, gehen wir jetzt diesen Weg, gehen wir jetzt diesen Weg, 00:06:24.301 --> 00:06:26.700 das kann aber sehr teuer sein. 00:06:26.701 --> 00:06:28.900 Ja was glaubt ihr denn, wie erfolgreich ihr sein werdet? 00:06:28.901 --> 00:06:32.100 Wissen wir nicht, kann fünf Jahre dauern, kann zwei Monate dauern. 00:06:32.101 --> 00:06:35.900 Wie stellt sich ein Unternehmen an der Stelle auf, um so was zu ermöglichen? 00:06:35.901 --> 00:06:44.600 Naja, man sollte die Freiheit haben, an solchen auch länger reichweitigen Themen konsequent arbeiten zu können. 00:06:44.601 --> 00:06:53.200 Auch dann, wenn zum Beispiel allererste Erfolge ausbleiben, man aber von der Methode überzeugt ist, das weiter verfolgen zu können. 00:06:53.201 --> 00:07:00.300 Und diese Freiheit die haben wir hier bei Siemens Healthineers gehabt oder haben sie immer noch. 00:07:00.301 --> 00:07:11.500 Wir hatten auch den Support, also die Unterstützung vom Management, ein so lang reichweitiges Projekt, wie das photonenzählende CT, 00:07:11.501 --> 00:07:19.400 wirklich über viele Jahre weiter zu verfolgen und über diese Unterstützung und diese Freiheit bin ich eigentlich dankbar. 00:07:19.401 --> 00:07:31.800 Die Computertomographie ist ja heute ein extrem wichtiger Teil in der Medizintechnik, in der Diagnostik. 00:07:31.801 --> 00:07:38.500 Ich glaube, jeder von uns ist schon irgendwann mal durch die Röhre geschoben worden zum einen oder anderen Moment. 00:07:38.501 --> 00:07:42.200 Wenn man mal so ein bisschen auf die Entwicklung schaut und ich würde ganze gerne mal so ein bisschen gucken, 00:07:42.201 --> 00:07:44.300 was sich jetzt eigentlich über die Zeit so getan hat. 00:07:44.301 --> 00:07:51.700 Wir habe, glaube ich, nächstes Jahr Jubiläum für diese Technologie, 1972 wurde der erste Topograph zur Anwendung gebracht, 00:07:51.701 --> 00:07:52.400 wenn ich das richtig sehe. 00:07:52.401 --> 00:07:53.600 Ja. 00:07:53.601 --> 00:08:03.700 Wo kommt diese Idee eigentlich her, welcher Bedarf sollte hier gedeckt werden und was war der erste Ansatz, der diese Geräte zum Leben erweckt hat? 00:08:03.701 --> 00:08:12.900 Vor der Computertomographie gab es eigentlich keine Möglichkeit, wirklich in das Innere des menschlichen Körpers zu schauen. 00:08:12.901 --> 00:08:14.200 Man hatte das klassische Röntgen. 00:08:14.201 --> 00:08:20.500 Das klassische Röntgen macht aber letztendlich Überlagerungsbilder. 00:08:20.501 --> 00:08:26.600 Das heißt, auf einem Röntgenbild sehen Sie die Überlagerung aller Strukturen längs des Röntgenstrahls. 00:08:26.601 --> 00:08:32.800 Und da ist es klar, dass ja dichte Strukturen, wie zum Beispiel Knochen, alles dominieren. 00:08:32.801 --> 00:08:39.200 Auf einem Röntgenbild des Schädels sieht man deshalb eigentlich nur die knöcherne Schädelkalotte, 00:08:39.201 --> 00:08:43.400 man kann aber nicht in das Gehirn schauen. 00:08:43.401 --> 00:08:50.400 Früher konnte man deshalb nur sehr mittelbar Aussagen machen über Veränderungen im Gehirn, 00:08:50.401 --> 00:08:56.800 mit zum Teil für den Patienten sehr belastenden Untersuchungsverfahren. 00:08:56.801 --> 00:08:58.400 Also invasive Methoden? 00:08:58.401 --> 00:09:00.200 Invasive Methoden. 00:09:00.201 --> 00:09:10.300 Die Computertomographie war die erste Methode, die es ermöglicht hat, überlagerungsfreie Bilder des Körperinneren zu erzeugen, 00:09:10.301 --> 00:09:17.100 auf denen auch kleine Kontrastunterschiede, zum Beispiel der Unterschied zwischen dem Gehirn und einer Blutung 00:09:17.101 --> 00:09:20.800 oder dem Gehirn und einem Tumor, deutlich sichtbar waren. 00:09:20.801 --> 00:09:32.400 Das war der revolutionäre Schritt, den die Computertomographie gemacht hat im Jahr 72, als sie eingeführt wurde. 00:09:32.401 --> 00:09:37.400 Was vielleicht nicht unbedingt allen sofort klar ist, ist, wie eigentlich ein Computertomograph funktioniert. 00:09:37.401 --> 00:09:46.500 Das besondere ist ja, also auch hier kommt ja Röntgenstrahlung zum Einsatz und anders als jetzt bei einem normalen Röntgenbild, 00:09:46.501 --> 00:09:53.200 wo man im Prinzip eine Quelle hat und dann geht das eben durch den Körper und auf der anderen Seite nimmt man das über eine entsprechende Platte, 00:09:53.201 --> 00:09:58.100 die quasi belichtet wird durch diese Röntgenstrahlen, nimmt man das auf und schaut sich das dann an und sagt so, 00:09:58.101 --> 00:10:03.800 ja okay, ist gebrochen oder ist nicht gebrochen, das war ja im Wesentlichen erst mal so, auch das war schon revolutionär, 00:10:03.801 --> 00:10:10.400 weil man muss ja noch nicht mal in den Körper reinschauen, aber um eben sozusagen auch die Weichteile jetzt in irgendeiner Form erfassen zu können 00:10:10.401 --> 00:10:16.800 und zu schauen was drin ist, muss man im Prinzip sich um den Körper herumdrehen und viele Bilder auf einmal aufnehmen. 00:10:16.801 --> 00:10:17.400 Ja. 00:10:17.401 --> 00:10:21.700 Das heißt, die Grundeigenschaft des Computertomographen ist zunächst einmal diese rotierende Strahlung? 00:10:21.701 --> 00:10:32.300 Ja, ein Computertomograph ist letztendlich ein Röntgenstrahler und ein auf der anderen Seite des Patienten angeordneter Röntgendetektor, 00:10:32.301 --> 00:10:39.100 der übernimmt die Rolle des klassischen Films, der zeichnet die Röntgenquanten oder die Röntgenstrahlen auf, 00:10:39.101 --> 00:10:44.300 die den Patienten durchdrungen haben und wandelt sie in elektrische Signale um. 00:10:44.301 --> 00:10:49.200 Diese Anordnung aus Röntgenstrahler und Detektor dreht sich um den Patienten 00:10:49.201 --> 00:10:57.600 und nimmt während der Rotation etwa 1000 einzelne dünne Röntgenbilder des Patienten auf. 00:10:57.601 --> 00:11:10.500 Und aus diesen Daten berechnet dann ein Computer das eigentliche CT-Bild, das die Weichteile des Patienten in einer Schicht abbildet. 00:11:10.501 --> 00:11:13.600 Damit es so eine Schicht sein kann, muss ja dieser Detektor dann auch … 00:11:13.601 --> 00:11:16.300 Also es ist dann eben nicht so eine breite Platte, wie man das bei einem normalen Röntgenbild hat. 00:11:16.301 --> 00:11:23.600 Das ist nicht eine breite Platte, sondern aus dem Röntgenstrahl wird ein dünner Fächer ausgeblendet. 00:11:23.601 --> 00:11:30.500 So eine typische Schicht in der Computertomographie ist ein bis fünf Millimeter dick. 00:11:30.501 --> 00:11:35.900 Mit modernen Detektoren werden mehrere nebeneinanderliegende Schichten aufgenommen, 00:11:35.901 --> 00:11:38.600 typischerweise zum Beispiel 64. 00:11:38.601 --> 00:11:39.100 Damit es schneller geht? 00:11:39.101 --> 00:11:41.000 Damit es schneller geht. 00:11:41.001 --> 00:11:46.300 Und ist dann auch kein punktförmiger Detektor, also es geht jetzt nicht nur ein Strahl geradeaus, 00:11:46.301 --> 00:11:49.400 sondern es ist im Prinzip so ein Fächer, wie ein größerer Winkel. 00:11:49.401 --> 00:11:55.200 Das ist ein Fächer, man kann sich das vorstellen wie so ein Pixel-Array in der Digitalkamera. 00:11:55.201 --> 00:12:01.100 Das hat in Fächerrichtung, also längs des Patientenquerschnitts, etwa 1000 Pixel 00:12:01.101 --> 00:12:11.200 und senkrecht dazu, also in Patientenlängsrichtung etwa typischerweise 64 bis 300 Pixel. 00:12:11.201 --> 00:12:12.500 Also mehrere Schichten gleichzeitig. 00:12:12.501 --> 00:12:12.800 Mehrer Schichten gleichzeitig. 00:12:12.801 --> 00:12:16.100 Und jede Schicht wird dann eben in diese 1000 Pixel aufgelöst. 00:12:16.101 --> 00:12:17.300 Genau. 00:12:17.301 --> 00:12:23.900 Wenn der Strahl dann kommt, der rotiert dann durch und dann gibt es 1000 Bilder pro Umdrehung. 00:12:23.601 --> 00:12:24.700 In der Größenordnung. 00:12:23.901 --> 00:12:23.600 Ja. 00:12:24.701 --> 00:12:25.600 In der Größenordnung. 00:12:25.601 --> 00:12:26.700 Nicht alle Geräte sind da gleich. 00:12:26.701 --> 00:12:30.200 Nicht alle Geräte sind da gleich, aber das ist eine typische Größe, ja. 00:12:30.201 --> 00:12:31.900 Und was ist dieser Detektor? 00:12:31.901 --> 00:12:35.800 Was detektiert diesen Strahl? 00:12:35.801 --> 00:12:36.800 Der Detektor besteht aus… 00:12:36.801 --> 00:12:38.400 Also in der klassischen Computertomographie. 00:12:38.401 --> 00:12:43.400 Der klassische Detektor besteht aus lauter einzelnen kleinen Detektorpixeln. 00:12:43.401 --> 00:12:48.800 Ein solches Detektorpixel ist etwa ein mal ein Millimeter groß. 00:12:48.801 --> 00:12:58.100 Und in einem klassischen Detektor besteht es aus einem Szintillator, das ist Gadoliniumoxid oder Gadoliniumoxysulfid. 00:12:58.101 --> 00:13:03.200 Also ein Szintillator ist ein Element, was die Röntgenstrahlung in Licht umwandelt, richtig? 00:13:03.201 --> 00:13:05.400 Ja, das wollte ich gerade eben sagen. 00:13:05.401 --> 00:13:14.600 Es besteht aus einem Szintillator und einer Fotodiode an der Rückseite dieses Szintillators und die Detektion der Röntgenquanten verläuft in zwei Stufen. 00:13:14.601 --> 00:13:23.000 Der Szintillator absorbiert das Röntgenlicht und wandelt seine Energie in sichtbares Licht um. 00:13:23.001 --> 00:13:26.700 Der beginnt ganz simpel zu leuchten, in den meisten Fällen ist das schön gelb. 00:13:26.701 --> 00:13:29.500 Also der beginnt wirklich schön gelb zu leuchten. 00:13:29.501 --> 00:13:39.800 Und dieses Licht wird dann von der Fotodiode, die an der Rückseite angebracht ist, aufgenommen und in den elektrischen Strompuls verwandelt. 00:13:39.801 --> 00:13:46.900 Das heißt, die Röntgenstrahlung wird vom Körper beim Durchleuchten des Körpers mehr oder weniger absorbiert. 00:13:46.901 --> 00:13:47.900 Ja. 00:13:47.901 --> 00:13:52.700 Entsprechend stärker oder schwächer ist das Röntgensignal, trifft auf diesen Szintillator 00:13:52.701 --> 00:13:58.900 und das führt dann letzten Endes auch zu einem stärkeren oder schwächeren Lichtsignal, was man dann in den entsprechenden Strom umsetzt. 00:13:58.901 --> 00:14:01.500 Im Prinzip ja. 00:14:01.501 --> 00:14:05.300 Wobei ein Detail dabei wichtig ist. 00:14:05.301 --> 00:14:10.400 Die Röntgenstrahlung, die aus dem Röntgenstrahler kommt, die hat ja nicht nur eine Energie, 00:14:10.401 --> 00:14:24.300 sondern das ist ein breites Energieband von Röntgenstrahlen mit Energien von typischerweise 30 Kiloelektronenvolt bis etwa 120 Kiloelektronenvolt. 00:14:24.301 --> 00:14:28.300 Das ist so die typische Beschleunigungsspannung einer Röntgenröhre. 00:14:28.301 --> 00:14:37.100 Diese Photonen verschiedener Energie werden von den verschiedenen Geweben des Körpers auch verschieden geschwächt. 00:14:37.101 --> 00:14:46.300 Nachdem die Röntgenstrahlen den Körper durchtreten haben, sind sie also nicht nur von ihrer Intensität her geschwächt, 00:14:46.301 --> 00:14:51.200 sondern auch von ihrer Energieverteilung verändert. 00:14:51.201 --> 00:15:01.800 Und diese Energieverteilung gibt an sich eine wichtige Information darüber, welche Gewebe da jetzt durchstrahlt worden sind. 00:15:01.801 --> 00:15:07.000 Gerade diese Energieverteilung kann ein konventioneller Detektor aber nicht messen. 00:15:07.001 --> 00:15:13.600 So ein bisschen wie mit der Atmosphäre, wo bestimmte Frequenzen, sichtbares Licht kommt durch, andere Strahlung wird absorbiert 00:15:13.601 --> 00:15:15.900 und genauso ist es dann halt auch. 00:15:15.901 --> 00:15:22.000 Also ein Detektor kann im Grunde jetzt übertragen auf ein Beispiel sichtbaren Lichts nur sagen, es ist hell oder dunkel, 00:15:22.001 --> 00:15:29.600 aber nicht sagen, da ist grünes Licht oder rotes Licht oder eine Mischung aus gelb und blau. 00:15:29.601 --> 00:15:33.900 Wenn man jetzt diese ganzen Daten einsammelt, das ist ja das, was dann die Computertomographie tut, 00:15:33.901 --> 00:15:39.600 das heißt, man durchläuft den ganzen Körper in verschiedenen Schichten, je nachdem wie viele Schichten man gleichzeitig aufnehmen kann, 00:15:39.601 --> 00:15:43.900 wie schnell das rotiert, wie schnell diese Daten auch eingesammelt werden können, 00:15:43.901 --> 00:15:46.800 dauert es dann halt länger oder nicht, ich weiß nicht. 00:15:46.801 --> 00:15:53.300 Der erste Computertomographie wie lange brauchte der, um so einen Körper einmal komplett so durchschnittlichen Erwachsenen abzutasten? 00:15:53.301 --> 00:16:00.000 Naja, der allererste Computertomograph war ein reiner Schädelscanner, da konnte man nur den Kopf untersuchen. 00:16:00.001 --> 00:16:05.100 Und um eine Schicht abzutasten brauchte der mehrere Minuten. 00:16:05.101 --> 00:16:14.400 Der hat etwa acht Minuten lang sich langsam um den Schädel bewegen müssen, um genug Daten dafür aufzunehmen. 00:16:14.401 --> 00:16:23.900 Heute ist es so, dass ein moderner Computertomograph 0,25 Sekunden braucht, um genug Daten für ein Bild aufzunehmen. 00:16:23.901 --> 00:16:32.500 Der rotiert mit einer Rotationszeit von 0,25 Sekunden um den Patienten und nimmt dabei wie gesagt nicht nur eine Schicht auf, 00:16:32.501 --> 00:16:38.600 sondern typischerweise 64 bis mehrere hundert. 00:16:38.601 --> 00:16:42.700 Also da hat sich auf jeden Fall geschwindigkeitsmäßig was getan, aber die Limitierung war natürlich am Anfang, 00:16:42.701 --> 00:16:45.200 erst mal der Computer muss diese Daten erst mal annehmen und speichern und weiterleiten können 00:16:45.201 --> 00:16:47.300 Ja natürlich. 00:16:47.301 --> 00:16:51.400 Das war natürlich eine Limitierung und auch die ganze Detektortechnik war relativ neu, 00:16:51.401 --> 00:17:02.800 aber und das ist ja eigentlich warum überhaupt der Computer hier mit drinsteht, diese Daten als solche geben ja erst mal keine relevant Information so. 00:17:02.801 --> 00:17:05.200 Ja, das ist anders als beim klassischen Röntgenbild. 00:17:05.201 --> 00:17:12.800 Beim klassischen Röntgenbild schaut der Arzt das an, was auf dem Film oder dem Detektor abgebildet ist. 00:17:12.801 --> 00:17:20.200 Beim Computertomographen sagen die eigentlichen Daten, diese tausend Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Winkelrichtungen, 00:17:20.201 --> 00:17:22.600 dem Arzt zunächst mal gar nichts. 00:17:22.601 --> 00:17:32.100 Und aus diesem Rohdatensatz muss ein Computer erst mit einem mathematischen Bildberechnungsverfahren das eigentliche CT-Bild berechnen. 00:17:32.101 --> 00:17:43.300 Und ich will jetzt nicht zu sehr in die Mathematik einsteigen, aber so wie funktioniert das grundsätzlich und wann wurde das sozusagen erdacht? 00:17:43.301 --> 00:17:56.400 Das finde ich ein interessantes Beispiel dafür, wie eine an sich wertfreie Grundlagenforschung dann viele viele Jahre später eine praktische Anwendung finden kann. 00:17:56.401 --> 00:18:03.900 Das Verfahren, um aus den Daten CT-Bilder zu berechnen, heißt Faltungsrückprojektionsverfahren. 00:18:03.901 --> 00:18:13.300 Letztendlich misst man bei einer CT-Untersuchung die Linienintegrale der Schwächungskoeffizienten des Körpers längs des Röntgenstrahls. 00:18:13.301 --> 00:18:19.100 Längs des Röntgenstrahls misst man also im Grunde genommen die aufsummierte Röntgenschwächung. 00:18:19.101 --> 00:18:24.100 Und man kennt diese sogenannten Linienintegrale aus vielen verschiedenen Raumrichtungen, 00:18:24.101 --> 00:18:27.300 der Computertomograph dreht sich ja um den Patienten. 00:18:27.301 --> 00:18:37.700 Und aus diesen Linienintegralen berechnet man dann die Schwächungskoeffizienten, das ist das eigentliche CT-Bild, ortsaufgelöst. 00:18:37.701 --> 00:18:44.600 Und eine mathematische Methode, wie man das machen kann, hat ein Mathematiker namens Johann Radon sich ausgedacht, 00:18:44.601 --> 00:18:51.500 wie kann ich aus den bekannten Linienintegralen einer Funktion die Funktion selber ausrechnen, 00:18:51.501 --> 00:18:53.600 und zwar soweit ich weiß schon im Jahr 1917. 00:18:53.601 --> 00:18:59.400 Das war lange lange lange vor der Entwicklung der Computertomographie. 00:18:59.401 --> 00:19:07.500 Aber seine Methode, der konnte damals von der Computertomographie nichts wissen, ist heute immer noch die Grundlage der CT-Bildrekonstruktion. 00:19:07.501 --> 00:19:14.800 Ja im Prinzip ist es so ein Modell, man stellt sich einen großen sehr löchrigen Schweizer Käse vor, 00:19:14.801 --> 00:19:20.200 man kann sozusagen an den verschiedensten Stellen irgendwie reinschauen und mal kommt mehr oder weniger Licht durch. 00:19:20.201 --> 00:19:24.400 Und dadurch, dass man quasi denselben Punkt von verschiedenen Punkten aus mal betrachtet 00:19:24.401 --> 00:19:29.000 und mal ist es so hell und mal ist es so hell, kann man daraus quasi wieder zurückberechnen wie … 00:19:29.001 --> 00:19:32.100 Man kann es sich ganz simpel so vorstellen, das Beispiel mit dem Schweizer Käse ist gut. 00:19:32.101 --> 00:19:39.200 Ich durchleuchte einen Schweizer Käse aus ganz verschiedenen Richtungen, und da, wo die Löcher im Käse sind, 00:19:39.201 --> 00:19:43.900 kommt in irgendeiner Richtung ein bisschen mehr Licht an. 00:19:43.901 --> 00:19:51.100 Das sagt zunächst mal gar nichts, aber wenn ich diese Abfolgen von mehr oder weniger Licht aus allen Raumrichtungen kenne, 00:19:51.101 --> 00:19:57.000 kann ich dann durch dieses Rechenverfahren festlegen, wo das Loch im Käse war. 00:19:57.001 --> 00:20:02.200 Bzw. wo alle Löcher im Käse sind und damit kennt man eben auch wirklich diese innere Struktur. 00:20:02.201 --> 00:20:09.200 Und dann geht es eigentlich nur noch darum, das akkurat fein auflösend zu machen und die Unterschiede gut herausstellen zu können. 00:20:09.201 --> 00:20:11.100 Ja. 00:20:11.101 --> 00:20:16.700 Als die Computertomographie so das Licht der Welt erblickte, wie schnell hat sich die Medizin darauf eingeschossen? 00:20:16.701 --> 00:20:19.700 Die hat sich relativ schnell darauf eingeschossen. 00:20:19.701 --> 00:20:30.100 Es ist von Anfang an erkannt worden, was für einen wirklichen Fortschritt die Computertomographie in der Bildgebung bietet. 00:20:30.101 --> 00:20:33.800 Und die Entwicklung der Computertomographie ist ja auch entsprechend schnell gegangen. 00:20:33.801 --> 00:20:41.800 In den 70er Jahren hatte man reine Schädelscanner, in den 80er Jahren konnte man dann schon den gesamten Körper untersuchen, 00:20:41.801 --> 00:20:46.800 allerdings immer noch in einzelnen Schichten. 00:20:46.801 --> 00:20:57.300 Dann gab es eine revolutionäre Neuentwicklung, von der die CT auch bis heute lebt, das war die Einführung der Spiral-CT 1990 etwa. 00:20:57.301 --> 00:21:05.200 Bisher hat man immer das Messsystem einmal um den Patienten sich bewegen lassen, anhalten lassen, 00:21:05.201 --> 00:21:14.600 hat dann den Patienten zur nächsten Schicht transportiert, hat wieder das Messsystem mit dem Strahler sich einmal um den Patienten rotieren lassen. 00:21:14.601 --> 00:21:17.800 Das ist langsam und fehlerbehaftet. 00:21:17.801 --> 00:21:21.200 Was passiert denn, wenn der Patient sich dazwischen bewegt etc.? 00:21:21.201 --> 00:21:28.200 Bei der Spiral-CT nimmt man einfach Daten kontinuierlich auf, das Gerät dreht sich immer, nimmt immer Daten auf 00:21:28.201 --> 00:21:31.400 und der Tisch wird kontinuierlich durchgeschoben. 00:21:31.401 --> 00:21:39.100 Damit konnte man das erste Mal wirklich größere Volumenbereiche, ganze Organe abbilden und nicht immer nur einzelne Schichten. 00:21:39.101 --> 00:21:41.100 Dadurch ändert sich wahrscheinlich die Mathematik so ein bisschen, weil man … 00:21:41.101 --> 00:21:47.700 Dann ändert sich die Mathematik so ein bisschen, das kann man aber in den Griff bekommen. 00:21:47.701 --> 00:21:50.900 Der wesentliche Schritt war wirklich, jetzt konnte man das erste Mal ganze Organe sehen. 00:21:50.901 --> 00:21:59.300 Dann ging das in den 90er Jahren so weiter, dann gab es einen weiteren wirklich wesentlichen Entwicklungsschritt, das war 98/99, 00:21:59.301 --> 00:22:01.000 die Einführung der Mehrschicht-CT. 00:22:01.001 --> 00:22:07.700 Bislang bestand ein Detektor nur aus einer einzigen Reihe von Pixeln. 00:22:07.701 --> 00:22:19.400 Der konnte also wirklich nur eine einzige Schicht aufnehmen, ab 1998/99 war es dann möglich, mehrere nebeneinanderliegende Schichten aufzunehmen, 00:22:19.401 --> 00:22:25.400 was die Untersuchungszeit zum Beispiel dramatisch verkürzt oder auch die Untersuchungslänge. 00:22:25.401 --> 00:22:27.000 Wahrscheinlich im Wesentlichen eine Kostenfrage gewesen oder? 00:22:27.001 --> 00:22:34.600 Na das war nicht nur eine Kostenfrage, das war einmal eine Kostenfrage, aber auf der anderen Seite auch eine Frage der Mathematik, 00:22:34.601 --> 00:22:44.000 weil die Strahlen, wenn man sich das mal überlegt, in Patientenlängsrichtung jetzt nicht mehr senkrecht auf den Patienten stehen, sondern schräg. 00:22:44.001 --> 00:22:52.700 Wenn ein Strahl von einem Röntgenfokus, also einer Röntgenquelle ausgeht und auf einen ausgedehnten Detektor trifft, 00:22:52.701 --> 00:22:55.600 dann steht der schräg auf dem Patienten. 00:22:55.601 --> 00:23:02.700 Und das war in dieser ursprünglichen Bildrekonstruktionsmathematik so gar nicht vorgesehen. 00:23:02.701 --> 00:23:10.800 Das ist ein Problem, das kriegt man in den Griff, aber es ist nicht so trivial wie es sich vielleicht anhört. 00:23:10.801 --> 00:23:14.600 Okay, und dadurch ist dann wiedermal die Geschwindigkeit gesteigert worden. 00:23:14.601 --> 00:23:18.900 Und die Geschwindigkeit ist ja nicht ganz unerheblich, weil es auf der einen Seite eine Belastung für den Patienten ist, 00:23:18.901 --> 00:23:25.000 was jetzt den Gesamtvorgang betrifft, aber die Geschwindigkeit an sich spielt ja auch eine Rolle, um die … 00:23:25.001 --> 00:23:28.400 Ich meine so ein Körper lebt ja im Idealfall. 00:23:28.401 --> 00:23:32.700 Ja klar, zum Beispiel Sie möchten gerne die ganze Lunge des Patienten untersuchen. 00:23:32.701 --> 00:23:41.800 Und bei dieser Untersuchung soll der Patient nach Möglichkeit den Atem anhalten, um einfach scharfe Bilder zu erzeugen. 00:23:41.801 --> 00:23:45.300 Wenn der da jetzt munter weiter atmet, ja. 00:23:45.301 --> 00:23:45.900 Dann verwischt das. 00:23:45.901 --> 00:23:49.100 Wie lange kann ein kranker Mensch den Atem anhalten? 00:23:49.101 --> 00:23:56.000 Wenn Sie das selber mal versuchen, Sie können das wahrscheinlich als gesunder Mensch problemlos 20-30 Sekunden lang tun, 00:23:56.001 --> 00:23:58.900 aber ein Lungenkranker der hat mit fünf Sekunden Probleme. 00:23:58.901 --> 00:24:04.900 Und in diesen fünf Sekunden muss die gesamte CT-Untersuchung der Lunge abgelaufen sein. 00:24:04.901 --> 00:24:08.100 Und drum ist Geschwindigkeit so wichtig. 00:24:08.101 --> 00:24:16.500 Ist das so der Stand der Dinge, wo wir bisher mit der konventionellen CT angekommen sind oder gab es noch weiter Entwicklungen? 00:24:16.501 --> 00:24:23.000 Es gab dann weitere Entwicklungen, um andere Eigenschaften der CT zu verbessern. 00:24:23.001 --> 00:24:29.700 Zum Beispiel gab es dann mal die Einführung der Dual Source CT im Jahr 2005. 00:24:29.701 --> 00:24:36.600 Das kann man sich einfach so vorstellen, man baut nicht ein Messsystem, sondern zwei Messsysteme, in ein CT ein, 00:24:36.601 --> 00:24:43.600 die messen beide gleichzeitig, dadurch verkürzt sich die Belichtungszeit für ein Bild auf die Hälfte. 00:24:43.601 --> 00:24:44.800 Wozu ist das wichtig? 00:24:44.801 --> 00:24:49.500 Dann, wenn man bewegte Organe wie das Herz abbilden will. 00:24:49.501 --> 00:24:53.000 Und was man mal nicht eben anhalten kann. 00:24:53.001 --> 00:25:01.800 Was man mal nicht eben anhalten kann, wo man im Grunde genommen 50-100 Millisekunden Zeit hat in der diastolischen Ruhephase, 00:25:01.801 --> 00:25:04.200 um ein scharfes Bild zu erzeugen. 00:25:04.201 --> 00:25:16.600 Und damit hat sich die, kann man glaube ich sagen, die Cardio-CT die Abbildung der Herzkranzgefäße mit der Computertomographie in der klinischen Praxis etabliert. 00:25:16.601 --> 00:25:21.500 Also Dual Source heißt im Prinzip, dass man noch mal eine zweite Strahlungseinheit noch mit dazu nimmt. 00:25:21.501 --> 00:25:21.900 Ja. 00:25:21.901 --> 00:25:27.000 Jetzt könnte man ja sagen, okay um es noch schneller zu machen, nimmt man dann 10 oder 20, aber da ist dann irgendwann auch Schluss. 00:25:27.001 --> 00:25:33.000 Naja, bei zwei ist eigentlich fast schon Schluss, einfach aus mechanischen Gründen. 00:25:33.001 --> 00:25:33.200 Der Platz muss irgendwo da sein. 00:25:33.201 --> 00:25:35.500 Der Platz muss irgendwo da sein. 00:25:35.501 --> 00:25:40.500 Okay. Das heißt, das ganze Modell hat sich zwar wunderbar weiterentwickelt in den letzten 50 Jahren, 00:25:40.501 --> 00:25:46.200 aber in gewisser Hinsicht kam es an bestimmten auch so ein bisschen an seine Grenzen, kann man das so sehen? 00:25:46.201 --> 00:25:48.900 Das kann man so sehen. 00:25:48.901 --> 00:25:56.300 Man kann das so sehen, die Computertomographie hat im Grunde so eine Art Sättigungsphase erreicht. 00:25:56.301 --> 00:26:07.300 Was die Computertomographie, die klassische Computertomographie sehr gut kann, ist, sie kann die Anatomie des Patienten abbilden, 00:26:07.301 --> 00:26:18.500 kann sie deutlich abbilden, kann kleine Veränderungen in der Anatomie feststellen, zum Beispiel bei dem Beispiel der Herz-CT zu bleiben, 00:26:18.501 --> 00:26:29.000 eine Verengung in den Herzkranzgefäßen, sie kann aber auch oft nicht sagen, was diese Veränderungen für den Patienten wirklich bedeuten. 00:26:29.001 --> 00:26:33.000 Und ob und wie man sie behandeln sollte. 00:26:33.001 --> 00:26:36.000 Das führt dann dazu, dass Folgeuntersuchungen nötig sind. 00:26:36.001 --> 00:26:47.900 Bleiben wir bei dem Herzbeispiel, die Computertomographie kann sehr gut feststellen, dass eine Corona-Arterie eine Verengung, eine Stenose aufweist. 00:26:47.901 --> 00:26:57.700 Sie kann aber nicht sagen, ist das jetzt relevant für die Durchblutung des Herzmuskels, schadet das den Patienten 00:26:57.701 --> 00:27:00.900 oder beeinflusst das vielleicht die Durchblutung vielleicht gar nicht. 00:27:00.901 --> 00:27:08.600 So dass dann in der Regel der Patient in den invasiven Herzkatheter kommt. 00:27:08.601 --> 00:27:13.800 Und sich eine invasive Untersuchung anschließen muss. 00:27:13.801 --> 00:27:21.800 Es gibt auch andere Beispiele, zum Beispiel kleine Veränderungen in der Leber, irgendwelche Leberläsionen, 00:27:21.801 --> 00:27:28.600 die kann die Computertomographie sehr gut feststellen, aber oft nicht sagen, was ist das denn jetzt eigentlich? 00:27:28.601 --> 00:27:34.500 Ist das gutartig, ist das bösartig, auch dann gibt es Folgeuntersuchungen. 00:27:34.501 --> 00:27:42.300 Es gibt ja jetzt noch so eine verwandte Technologie, sage ich mal, zumindest von dem Grundansatz her, die Magnetresonanztomographie. 00:27:42.301 --> 00:27:49.800 Wie verhält sich die Computertomographie zur Magnetresonanztomographie, wieviele Ähnlichkeiten, wieviele Unterschiede hat das? 00:27:49.801 --> 00:27:58.000 Die Magnetresonanztomographie ist eine Methode, die ganz anderes Prinzip ausnutzt. 00:27:58.001 --> 00:28:07.100 Die basiert also nicht auf Röntgenstrahlung und die Magnetresonanztomographie hat andere Anwendungen als die Computertomographie. 00:28:07.101 --> 00:28:18.700 Die Magnetresonanztomographie kann besser als die Computertomographie zum Beispiel Weichteilkontraste darstellen, 00:28:18.701 --> 00:28:22.200 aber viel weniger gut räumliche Auflösung. 00:28:22.201 --> 00:28:29.600 Wann immer man scharfe Bilder braucht, wann immer man Darstellungen von knöchernem Gewebe braucht, 00:28:29.601 --> 00:28:32.300 ist die Computertomographie sicherlich im Vorteil. 00:28:32.301 --> 00:28:42.600 Die Computertomographie ist auch viel schneller und viel einfacher einsetzbar als die Magnetresonanztomographie. 00:28:42.601 --> 00:28:49.300 Ein Computertomographie-Scan des ganzen Körpers dauert mit einem modernen CT-Gerät wenige Sekunden. 00:28:49.301 --> 00:29:02.300 Eine Magnetresonanztomographie-Untersuchung dauert immer noch 20 Minuten, 45 Minuten, also vom Zeitaufwand auch sehr unterschiedlich. 00:29:02.301 --> 00:29:05.000 Kommen wir mal zu Ihren jüngsten Entwicklungen. 00:29:05.001 --> 00:29:14.900 Sie haben ja jetzt mit Ihrem Team hier die Computertomographie einen Schritt weitergebracht, das kann man, glaube ich, schon mal so sagen. 00:29:14.901 --> 00:29:24.700 Wie sind Sie da rangegangen, was war das jetzt für eine Entwicklung und was sind die Neuerungen, die Sie hier auf den Weg gebracht haben? 00:29:24.701 --> 00:29:31.400 Die wesentliche Neuerung in unserem neuen Computertomographen ist ein anderer Detektor. 00:29:31.401 --> 00:29:36.600 Ein sogenannter quanten- oder photonenzählender Detektor. 00:29:36.601 --> 00:29:46.800 Wir haben vorhin schon kurz über das Detektionsprinzip in der Computertomographie geredet, über die konventionellen Detektoren, 00:29:46.801 --> 00:29:52.500 wie sie heute in allen medizinischen CTs verwendet werden, das sind eben diese Szintillator-Detektoren, 00:29:52.501 --> 00:29:59.300 die in einem zweistufigen Detektionsprozess die Röntgenquanten erst in Licht und dann in elektrische pulse verwandeln 00:29:59.301 --> 00:30:01.900 und die bestimmte Nachteile haben. 00:30:01.901 --> 00:30:03.500 Weil die Tiefeninformation verloren geht. 00:30:03.501 --> 00:30:13.500 Weil diese Energieinformation verloren geht, diese Detektoren können nichts sagen über die Energie der detektierten Röntgenstrahlen. 00:30:13.501 --> 00:30:18.800 War die jetzt hoch, war die jetzt niedrig, das ist aber durchaus wesentlich für die Gewebecharakterisierung. 00:30:18.801 --> 00:30:21.900 So ein bisschen als wenn man Farbfernsehen auf einem schwarz-weiß-Bildschirm anzeigt. 00:30:21.901 --> 00:30:22.700 Ja. 00:30:22.701 --> 00:30:23.500 Kann man das so sagen? 00:30:23.501 --> 00:30:28.700 So als ob man ein Farbbild auf einem schwarz-weiß-Bildschirm darstellt, das ist ein guter Vergleich. 00:30:28.701 --> 00:30:35.500 Die Detektoren können auch prinzipbedingt nicht viel kleiner gemacht werden als sie heute sind. 00:30:35.501 --> 00:30:45.000 Heute hat so ein Pixel eine Seitenlänge von ein Millimeter mal ein Millimeter, das kann nicht sehr viel kleiner werden, 00:30:45.001 --> 00:30:49.000 das heißt, die Bilder können auch nicht schärfer werden als sie heute sind. 00:30:49.001 --> 00:30:52.000 Warum kann das nicht kleiner werden, was ist da die Limitierung? 00:30:52.001 --> 00:30:58.900 Na die Limitierung ist die, ein solches Pixel wandelt ja das Röntgenlicht in sichtbares Licht um. 00:30:58.901 --> 00:31:05.300 Jetzt muss man verhindern, dass dieses sichtbare Licht einfach ins nächste Pixel eindringt und dort ein Signal erzeugt. 00:31:05.301 --> 00:31:06.700 Das nennt man Übersprechen. 00:31:06.701 --> 00:31:15.200 Das heißt, die einzelnen Pixel müssen räumlich voneinander separiert werden mit einer Zwischenschicht, die optisch undurchlässig ist. 00:31:15.201 --> 00:31:22.300 Und diese Zwischenschicht die muss eine bestimmte Breite haben, in der Regel 0,1 bis 0,2 Millimeter. 00:31:22.301 --> 00:31:28.100 Alle Röntgenstrahlen, die auf diese Zwischenschicht treffen, sind aber verloren, 00:31:28.101 --> 00:31:29.600 die tragen nicht zum Signal bei. 00:31:29.601 --> 00:31:37.200 Das heißt, die haben den Patienten belastet, sie haben den Patienten ja durchdrungen, das war eine Strahlenbelastung für ihn, 00:31:37.201 --> 00:31:39.600 sie tragen aber nicht zum Signal bei. 00:31:39.601 --> 00:31:43.500 Wenn man jetzt die einzelnen Detektorpixel immer kleiner machen würde, 00:31:43.501 --> 00:31:48.800 würde der relative Anteil dieser Zwischenschichten an der Fläche immer größer werden, 00:31:48.801 --> 00:31:53.600 weil die Zwischenschichten eben nicht dünner als 0,1/0,2 Millimeter werden dürfen. 00:31:53.601 --> 00:31:56.000 Oder wenn man sie kleiner machen würde, würde das Übersprechen zunehmen und dann wäre es unscharf. 00:31:56.001 --> 00:31:59.300 Würde es zunehmen, dann wäre es unscharf. 00:31:59.301 --> 00:32:04.300 Wenn man aber den relativen Anteil dieser Zwischenschichten immer weiter zunehmen lässt, 00:32:04.301 --> 00:32:07.400 nimmt die Dosiseffizienz dieser Detektoren immer weiter ab. 00:32:07.401 --> 00:32:13.000 Man hat immer mehr Röntgenstrahlen, die den Detektor treffen, aber eigentlich kein Signal erzeugen. 00:32:13.001 --> 00:32:16.100 Und wie löst man das Problem? 00:32:16.101 --> 00:32:19.300 Naja nicht mit konventionellen Detektoren. 00:32:19.301 --> 00:32:20.100 Ja. 00:32:20.101 --> 00:32:20.900 Deswegen … 00:32:20.901 --> 00:32:21.300 Sondern hier musste was neues ran. 00:32:21.301 --> 00:32:23.500 Hier musste wirklich was neues ran. 00:32:23.501 --> 00:32:30.700 Und hier sind wir relativ früh auf photon-/quantenzählende Detektoren gekommen. 00:32:30.701 --> 00:32:34.700 Solche Detektoren haben eine ganz andere Funktionsweise. 00:32:34.701 --> 00:32:39.900 Die bestehen aus einem Halbleiter, in unserem Fall ist das Cadmiumtellurid. 00:32:39.901 --> 00:32:48.100 An dem Halbleiter liegt eine hohe Spannung an, einige hundert Volt, so dass ein starkes elektrisches Feld besteht, 00:32:48.101 --> 00:32:52.400 zwischen der Katode und pixelierten Anoden auf der Rückseite. 00:32:52.401 --> 00:33:05.500 Und was hier passiert ist, die Röntgenquanten treffen auf den Halbleiter und werden dort absorbiert und direkt in Strompulse verwandelt. 00:33:05.501 --> 00:33:08.600 Hier fehlt also der Zwischenschritt über das sichtbare Licht. 00:33:08.601 --> 00:33:15.500 Die Röntgenstrahlen werden absorbiert, erzeugen im Halbleiter Elektronenlochpaare, die werden getrennt, 00:33:15.501 --> 00:33:25.600 die Elektronen werden von den Anoden aufgesammelt und erzeugen direkt Strompulse. 00:33:25.601 --> 00:33:30.800 Jetzt sind wir so tief in der Grundlagenphysik auch angekommen, Röntgenstrahlen. 00:33:30.801 --> 00:33:37.700 Man stellt sich das ja normalerweise so als Welle vor, aber man weiß, alles, was irgendwie eine Welle ist, ist halt auch irgendwie ein… 00:33:37.701 --> 00:33:38.400 Auch ein Teilchen. 00:33:38.401 --> 00:33:39.500 Ist auch halt einfach ein Teilchen. 00:33:39.501 --> 00:33:46.700 Das heißt, man kann sich diese Strahlenmenge, die den Körper durchschreitet, am Ende nach der Absorption durch den Körper, 00:33:46.701 --> 00:33:52.900 treffen mehr oder weniger viele Quanten auf diesen Detektor auf. 00:33:52.901 --> 00:33:54.000 Ja. 00:33:54.001 --> 00:33:55.600 Und das ist wie so ein Dauerfeuer, was man sich vorstellen kann. 00:33:55.601 --> 00:33:55.900 Wie so ein Dauerfeuer. 00:33:55.901 --> 00:34:01.900 Man kann sich Röntgenstrahlen vorstellen als einen Strom von Teilchen, ganz simpel, 00:34:01.901 --> 00:34:06.800 der Röntgenstrahler ist eine Gießkanne und aus dieser Gießkanne fallen Wassertropfen raus. 00:34:06.801 --> 00:34:09.700 Und diese Wassertropfen sind die einzelnen Röntgenquanten. 00:34:09.701 --> 00:34:19.900 Und dieses Cadmiumtellurid ist jetzt ein Kristall oder so was und in dem Moment, wo diese Röntgenteilchen auftreffen, 00:34:19.901 --> 00:34:23.600 was macht dieser Stoff dann daraus? 00:34:23.601 --> 00:34:27.300 Also der erzeugt unmittelbar Strom? 00:34:27.301 --> 00:34:34.900 Na die Röntgenteilchen die treffen auf den Kristall auf, die haben eine Energie, wenn sie dort auftreffen 00:34:34.901 --> 00:34:44.900 und diese Energie wird im Kristall abgegeben, das heißt, die im Kristall befindlichen Atome werden ionisiert, 00:34:44.901 --> 00:34:52.700 es entstehen Elektronen, die da freigesetzt werden und diese Elektronen werden in dem starken elektrischen Feld, 00:34:52.701 --> 00:34:59.500 das an dem Halbleiter angelegt ist, zur Anode hin abgelenkt und erzeugen da einen Strompuls. 00:34:59.501 --> 00:35:03.100 Und umso mehr Partikel kommen, umso höher ist dieser Strompuls? 00:35:03.101 --> 00:35:12.500 Jetzt ist es so, jedes einzelne Partikel erzeugt einen Strompuls für sich und je höher die Energie des einzelnen Röntgenquants war, 00:35:12.501 --> 00:35:15.800 desto höher wird auch der Strompuls sein. 00:35:15.801 --> 00:35:22.000 Jetzt haben wir das erste Mal eine Eigenschaft des Detektors, die ein konventioneller Detektor nicht hat, 00:35:22.001 --> 00:35:31.300 die Höhe des Strompulses ist proportional zur Energie des Röntgenquants, das ihn erzeugt hat 00:35:31.301 --> 00:35:40.200 und wir können nun die Höhe dieses Strompulses messen und haben deswegen auch ein Aussage über die Energie der Röntgenstrahlen, 00:35:40.201 --> 00:35:44.200 die auf den Detektor aufgetroffen sind, die wir vorher nicht hatten. 00:35:44.201 --> 00:35:51.500 Das heißt, niedrigere Energiestrahlen können als solche erkannt werden auch in ihrer Energiemenge 00:35:51.501 --> 00:35:54.200 und die stärkeren können auch erkannt werden. 00:35:54.201 --> 00:35:54.600 Ja. 00:35:54.601 --> 00:35:58.000 Aber die kommen ja irgendwie mehr oder weniger gleichzeitig an oder? 00:35:58.001 --> 00:36:01.800 Naja, es kommen viele Röntgenquanten gleichzeitig an. 00:36:01.801 --> 00:36:04.000 Die erzeugen gleichzeitig Strompulse. 00:36:04.001 --> 00:36:06.000 Ja. 00:36:06.001 --> 00:36:17.300 Was man in den Detektor jetzt einbaut ist eine Zählvorrichtung, die alle Quanten zählt, die eine bestimmte Energieschwelle überschreiten. 00:36:17.301 --> 00:36:23.100 Wenn man sich jetzt einen ganz simplen Detektor vorstellt, der nur eine einzige solche Zählvorrichtung hat 00:36:23.101 --> 00:36:33.100 und eine untere Schwelle von zum Beispiel 20 keV, dann wird ein Zähler alle Photonen einfach zählen, 00:36:33.101 --> 00:36:37.900 die diese Schwelle von 20 keV überschreiten. 00:36:37.901 --> 00:36:44.200 Wenn jetzt da gleichzeitig welche ankommen, die eine Energie von 30, von 50, von 70 keV haben, 00:36:44.201 --> 00:36:50.200 werden die alle gezählt werden, weil sie ja die Schwelle von 20 keV überschreiten. 00:36:50.201 --> 00:36:51.700 Damit hat man noch nichts gewonnen. 00:36:51.701 --> 00:36:59.400 Man kann aber jetzt in den Detektor mehrere solche Zählvorrichtungen einbauen mit verschiedenen Schwellen. 00:36:59.401 --> 00:37:07.100 Das haben wir getan, in unserem Detektor sind vier Zählvorrichtungen mit vier unterschiedlichen Schwellen. 00:37:07.101 --> 00:37:16.400 Machen wir jetzt mal das einfache Beispiel, ich habe gleichzeitig drei Röntgenquanten, zwei mit einer Energie von 30 keV, 00:37:16.401 --> 00:37:23.900 eins mit einer Energie von 70 keV und ich führe zwei Schwellen ein, die eine hat einen untere Grenze von 20 keV, 00:37:23.901 --> 00:37:34.200 die andere eine untere Grenze von 40 keV, dann wird die untere Zählvorrichtung mit der Schwelle von 20 keV alle drei Röntgenquanten zählen, 00:37:34.201 --> 00:37:42.200 die beiden mit 30 keV und das mit 70 keV, die zweite Zählvorrichtung, die eine untere Energie von 40 keV, 00:37:42.201 --> 00:37:51.800 also eine Schwelle von 40 keV hatte, wird aber nur das Röntgenquant mit 70 keV zählen, weil nur das überschreitet diese Schwelle, 00:37:51.801 --> 00:37:54.700 die beiden anderen mit 30 keV liegen drunter. 00:37:54.701 --> 00:37:59.300 Wir haben nicht zwei sondern vier solche Schwellen eingeführt 00:37:59.301 --> 00:38:07.800 und können deswegen die auftreffenden und detektierten Röntgenstrahlen deshalb in vier Energietöpfe einordnen. 00:38:07.801 --> 00:38:16.800 Um mal bei dem Bild mit dem Farbfernsehen zu bleiben, man würde halt sozusagen separat das rote, das blaue und das grüne Licht sich anschauen, 00:38:16.801 --> 00:38:21.900 was ja unterschiedliche Frequenzbereiche hat und es funktioniert im Prinzip analog zu so einem Frequenzfilter, 00:38:21.901 --> 00:38:22.400 kann man fast sagen. 00:38:22.401 --> 00:38:23.200 Im Grunde ja. 00:38:23.201 --> 00:38:26.600 Nur dass eben die Frequenz in dem Moment eben die Energie dieser Röntgenstrahlen ist. 00:38:26.601 --> 00:38:31.200 Ja, wir haben im Grunde genommen einen Frequenzfilter mit vier Energiebändern. 00:38:31.201 --> 00:38:40.400 So und das bedeutet, dass man jetzt mit diesen neuen Detektoren erstens also eine komplett neue Information enthält. 00:38:40.401 --> 00:38:41.100