Kapitel 6: Physik, Projektion und Anatomische Variante und ihre Abgrenzung zum Artefakt

In diesem Kapitel bewegen wir uns sozusagen weg vom Artefakt und schenken natürlichen Phänomene (der Physis) unsere Aufmerksamkeit. . Es geht um Phänomene, die als Kunstprodukte verkannt werden könnten, wenn sie nicht verstanden sind. Diese Gegenüberstellung ist nützlich für die KollegInnen, die sich in diese Materie erst einarbeiten. Für den Erfahrenen ist es eine  - hoffentlich amüsante – Wiederholung. Mehrfach werden Untersuchungsverfahren gezeigt, die nicht mehr modern sind  und dem Betrachter daduch zusätzliches Kopfzerbrechen bereiten.

(Im Kapitel 7 sind es dann die krankhaften Veränderungen, die auf die Frage hin untersucht werden: Gelingt eine eindeutige Abgrenzung zum Kunstprodukt ?)
 

Was sollen das für Besonderheiten der „Physis“ sein, mit denen wir diagnostisch zu kämpfen haben?

a.) Physikalische Phänomene
b.) Physiologische Phänomene
c.) Projektion
d.) Anatomische Besonderheiten (und/oder Varianten)

a. Physikalische Phänomene können eine scheinbare  Beeinträchtigungen von Bildern bedingen. Ewas lässt sich weniger gut darstellen, als wir es erwarten. Leicht wird vermutet, hier sei etwas „künstlich verschlechtert“, so wie es für das Artefakt typisch ist.
Der Fehler liegt hier gar nicht in unerwünschten Gegebenheiten der Untersuchung, sondern er ist prinzipieller Natur. Eine scheinbar „schlechte“ Bildqualität kann deshalb  vorliegen, weil sich die Natur nicht betrügen lässt.
Der Fehler liegt in der Unkenntnis des Betrachters.
 

Klassische Beispiele:
- Röntgen ist im Allgemeinen faszinierend. Im speziellen Fall kann das Verfahren aber auch sehr enttäuschen, nämlich etwas Erwartetes überhaupt nicht oder sehr schlecht darstellen (4 Körper...). Oft hilft in diesem enttäuschenden Fall die zweite Ebene und schafft Aufklärung.(Beilverletzung, Hüftgelenk 2,Ebenen). Manchmal reichen auch 2 Ebenen nicht aus, zusätzliche Aufnahmen sind nötig oder gleich ein Schichtverfahren (siehe Radiusköpfchen, Navikulare).
 
- Große Lungenmetastasen sind weißer als kleine, dies ist der „Summationseffekt“. Wird er nicht verstanden, wird eine „Verkalkung“ dieser größeren Metastasen angenommen.
- Die Zahl der Schrauben (Fremdkörper) wird zu niedrig angegeben. eine Schraube deckt die andere zu. (Fall Sprunggeleng)
- Geometrischer Vergrößerungsfaktor, Er kann überschätzt (1.06.............) und unterschätzt (1.07b.......)werden.

- geometrische Unschärfe. Wurde früher bei ausgewählten Techniken auch zur Verwischung ausgenutzt. – Bei heutiger Röntgentechnik kann Unschärfe ein Hinweis auf eine zu lange Belichtungszeit und damit zu niedrige Kv sein. (Fall kindlicher Thorax)

- Teilvolumeneffekt. Ist durch die CT ins Bewusstsein gerückt. (es gibt ihn natürlich im Röntgen schon immer, da nennt er sich Summationeffekt)
Das Volum-Element (Voxel) der CT kann mehrere charakteristische Gewebe erfassen. Das Bildergebnis der Messung dieses Voxel ist das Pixel; es resultiert in einer Mischung der erfassten Komponenten.
 
- Statistische Unruhe. Densitometrie über einer zu kleinen Region ist durch statistische Unruhe gestört und nicht ausreichend repräsenstativ.

- Bewegungsartefakte stören und verfälschen damit das Ergebnis der Densitometrie. 

c. Zur „Physik“ gehöret auch die nicht dem Standard entsprechende Projektion (siehe Einstelltechnik). 

d. Auch Besonderheiten der Anatomie müssen gegen Kunstprodukte abgegrenzt werden. Solche Varianten der Physis ordne ich diesem Kapitel zu.
Es gibt in der Geschichte der Radiologie klassische Streitfälle, ob es sich bei einer bestimmten Beränderung um eine angeborenen Variante oder um einen krankhaften Prozeß handelt. Wer ein Beispiel und den Gang der Argumentation studieren will: „fracture healing“.

Es die Absicht dieses Beitrags,  hier klare Grenzen zu ziehen: die physikalischen Phänomene sollen verstanden und nicht als Artefakte verkannt werden.

Abb. 6.01: Abhängigkeit des Röntgenbildes sowohl von der Dosis als auch von der Spannung (kV)

6.01: Im Würzburger Strahlenschutzkurs wurde diskutiert, wie man diese
Frage in einem Bild veranschaulichen könnte.
Ich stelle diese Lösung vor.
Oben sind die überexponierten, unten die unterexponierten Bilder.
Links die Bilder mit niedriger kV : sehr kontrastreich,
rechts mit höherer kV (kontrastarm, aber besserer Objektumfang).

Sind diese Bilder gut?
Wir müssen fast alle Bilder ablehnen! Die unteren sind zu hell, die
oberen zu dunkel. Links zu viel Kontrast (also zu hell und zu dunkel im
gleichen Bild).
Das Bild in der Mitte rechts ist akzeptabel. Wir lernen daraus: ein
bestimmtes Objekt sollte mit der richtigen Dosis und der richtigen
Strahlenqualität = kV geröntgt werden.

Richtige kV heißt aus Strahlenschutzgründen: nicht zu niedrige kV.
Zu wenig Dosis ist auch eine Quelle von Fehlern, weil Informationen
verloren gehen.
Zu viel Dosis ist natürlich schlecht für den Strahlenschutz.

Kenner werden vermuten, dass diese Bilder „gefälscht" sind („fake"): Im
Computer sind Einstellungen simuliert, die einer Variierung von kV und
mAs täuschend ähneln. In „100 Jahren Röntgen, 100 Rätseln" ist dies  
am Beispiel einer seitliche HWS demonstriert.

Die gute Nachricht: Beim digitalen Bild lassen sich mit Schwärzung und
Kontrast (= Fenstermitte und Fensterbreite) Fehler kompensieren. Es ist
so als ob wir Kv und mAs nachträglich korregieren könnten. Das stößt
leider an Grenzen. Wo Dosis fehlt ist sie nicht im Computer zu ergänzen.
Sehr schade, denn sonst würden wir mehr Bilder mit drastisch niedrigen
Dosen anfertigen und hinterher „verbessern". Bei niedriger Dosis bricht
das Bildsignal ein im Vergleich zum Rauschen (SNR).
Trotz bescheidener Erfolge in der Dosisreduktion sollen wir sehr froh
sein, dass das digitale Röntgen möglich ist und es kontinuierlich
verbessern.

Die große vertane Chance ist, dass der Gesetzgeben nicht gefordert
hat dass auf jedem Bild steht mit welcher Dosis es gemacht ist.
Technisch kein Problem. Aparativer und finanzieller Aufwand minimal.
Die Inovationen im Strahlenschutz sind nie von
Nutzer oder Industrie ausgegangen. Im Gegenteil. Der Gesetzgeber
hätte es machen müssen gegen den Widerstand der Nutzer und der
Industrie.  

Abb. 6.02: Vergleich unterschiedlicher Strahlung: 50 und 75 kV „Härte" bei einem Pneumothorax links und Wassereinlagerung der Lungen.

Abb. 6.03 Überbelichtete (zu schwarze) Aufnahme eines Bruches des Oberarmknochens aus einem technischen Grund.

6.02: Es wäre unstatthaft, solche Aufnahmen absichtlich zum Vergleich
anzufertigen. Bei dieser Untersuchung liegt eine sehr kurzfristige
Kontrolle vor. Beide kV-Zahlen sind nach heutiger Auffassung zu niedrig
und würden zu Konsequenzen durch die ärztlichen Stellen führen.

Dieses medizingeschichtliche Beispiel ist trotz Qualitätsmängeln
didaktisch wertvoll.
Die 50 kV-Aufnahme links ist unterexponiert und daher zu hell. (Das
passiert bei niedrigen kV-Zahlen besonders leicht). Das Lungenödem
kommt überdeutlich zur Darstellung. Teilweise Auslöschung der
Zwerchfellkonturen. Mantelförmiger Pneumothorax linksseitig.

Die rechte Aufnahme mit 70 kV ist überexponiert und daher zu schwarz.
Die Verdichtung der Lunge ist im Bereich der teilkollabierten linken
Lunge am stärksten ausgeprägt. Dieser Befund wird auf der rechten
Aufnahme deutlicher dargestellt.

 

6.03: Subkapitalen Humerusfraktur. Die Bedingungen für das
Missglücken dieser Aufnahme sind physikalisch nachvollziehbar: Durch
mangelhafte Zentrierung des Oberarmknochens kam die Messkammer
(Teil des Iontomaten) über dem Schrittmacheraggregat zu liegen.
Infolgedessen meldet der Iontomat bei der Belichtung eine zu niedrige
Dosis und wählt den Röhrenstrom zu hoch.
Klassischer Fehler der automatisierten Belichtung (Sie lässt die Kv frei
wählen, nimmt uns die Einstellung der mAs ab. Im Gegensatz dazu
wählen wir bei der „freien Belichtung beides frei.) .

Es gibt zwei Möglichkeiten der Korrektur, die kombiniert werden können:
Korrektur der Einstellung und Übergang auf eine manuelle Einstellung
der Belichtung, da der Iontomat hier ausnahmsweise durch die
anatomischen Gegebenheiten (Fraktur) überfordert ist. 

Abb. 6.04: Ausschnitt
aus einer seitlichen
Thoraxaufnahme.

6.04: Alte Starr-Edwards-Klappe. Eine solches Modell wurde 1951 von
Hufnagel konstruiert und zuerst an der Aortenklappen angewendet. Bis
2003 wurden solche Klappen hergestellt. Modernere künstliche aber
auch biologische Herz-Klappen erlauben mehr Blutstrom und
beeinträchtigen die roten Blutkörperchen in geringerem Maße.

Was sehen wir? Wie ist es zu erklären?
Die Klappe ist während eines Herzschlages belichtet und  verwischt.
Solange die Kugel zwischen beiden Herzphasen in Bewegung war,
wurde sie nahezu vollständig verwischt. Diese Verwischung kommt quasi
zum Stillstand in der Systole und Diastole. Daher wird die Kugel in zwei
Positionen relativ scharf abgebildet (im Kontakt mit dem Klappenring und
frei liegend im Körbchen).

Der Klappenring und das Körbchen verschieben sich nur gering, sie
werden in den Endpositionen dieser Bewegung eben erkennbar
abgebildet.

Fazit: Es handelt sich um keine Doppelbelichtung, sondern eine
Bewegung des Objekts mit Stillstand zu Beginn und zum Ende der
Bewegung.

Was auf den ersten Blick wie ein artifizielles Durcheinander erscheint, ist
doch die logische Konsequenz
der Klappenkonstruktion und der Klappenbewegung. -

Man erkennt die Vergrößerung des linken Vorhofs, welcher den
Hinterherzraum einengt. Dass es sich tatsächlich um den linken Vorhof
handelt, merkt man an der Verlagerung des  mit Kontrastmittel-Schluck
markierten Ösophagus.
 

Abb. 6.06: Kontrastmittel-Darstellung der Bauchaorta mit einem Katheter. (Katheter-Angiographie).

06: Punktionsort ist eine Schlagader in der rechten Leiste, die Arteria iliaca. Solutrast 370 wurde verwendet:

Der Trick ist, dass hier kein bombiger Kontrast erzielt wurde, da beide für die Subtraktion verwendeten Bilder sehr nahe beieinander liegen. 

Die „räumlichen Orientierung“ ist im konventionellen Röntgenbild bekanntermaßen sehr problematisch. Psychologische Phänomene verwirren unsere Vorstellungskraft (Becken-Schrauben siehe "Strahlenschutz). Allerdings gibt es eine besondere Technik von Reliefen, die tatsächlich eine echte Raum-Information ermöglichen. http://www.wolfgang-g-h-schmitt.de/bunte-roentgenbilder/stereo-roentgen-modifikation/ 

Abb.6.07:
Kompression eines
Schaumstoffkissens
in der CT

6. 07: „Schaum" bedeutet: der Kunststoff ist nicht rein, sondern durch
eine zweite Komponente (hier Luft) „aufgelockert".
Es liegt also ein Zwei-Komponenten-System vor:
Luft und Kunststoff.
Die Dichten beider Komponenten (und deren Konzentration) nehmen teil
an der Dichte der Mischung! (Komponenten-Hypothese, Rätsel 70 in 100
Jahre Röntgen, 100 Rätsel)

a) Warum hat dieses Kissen diese helle Begrenzung? Hier ist das
Material nicht lufthaltig, also
-   keine „zwei-Komponeten", sondern eine „Reinsubstanz"
-   Höhere Dichte
-   Anhebung der Schwächungswerte übersetzt ins Bild
-   helle Darstellung  

b) Was bedeutet der helle Fleck (roter Pfeilkopf)?

Im Knick des Polsters wird unter Druck die Luftkomponente verkleinert
und dadurch regional der relative Anteil an „Kunststoff" erhöht
à Verdichtung
à Anhebung der Strahlenschwächung, die  in der CT nicht nur qualitativ
sondern auch quantitativ zu erfassen ist. www.wolfgang-g-h-
schmitt.de/thorax-und-pleura-vorbereitung-facharzt-radiologie/ 

Abb. 6.08 Spiegelbildlich sind zweimal die rechte Thoraxhälfte des gleichen Patienten gegenübergestellt.

6.08: Durchgemachte Tuberkulose. Daher die streifigen weißen Flecken im
rechten Mittelfeld. In Kenntnis der Krankengeschichte des Patienten können wir das
als ein „Residuum" deuten, als Ausheilungsstadium einer Entzündung.
Wenn wir die Vorgeschichte nicht kennen, müssen wir uns zu diesem Befund einige
Recherchen anstellen.

Zweite Frage: Warum sind die beiden Bilder so unterschiedlich?

Die gleiche Lungenhälfte ist im Liegen und im Stehen aufgenommen.
Weil hier vom gleichen Patienten Aufnahmen im Liegen und Stehen
existieren, ist es wichtig daraus zu lernen auch wenn man den Sinn von
zwei Aufnahmen kritisch betrachten muss.

Die rechte Bildhälfte stammt von einem Thorax im Stehen: So sind wir
zu sehen gewohnt.

Die linke Bildhälfte ist „im Liegen" geröntgt, sie zeigt einen höheren
Stand des Zwerchfelles; breitere Mediastinalkontur durch die Stauung
der oberen Hohlvene (Cava superior). Die Gefäße in der Lunge - es
handelt sich hauptsächlich um Venen - sind stärker gefüllt.
Diese Aufnahme links wurde durchgeführt zu einer Herzvolumenmessung, die man
vor etlichen Jahren für wichtig erachtete. Die Methode erforderte aus Gründen der
Normierung eine Thoraxaufnahme im Liegen. (Heute gibt es bessere Mess-
Methoden am Herzen).

Würde eine „Aufnahme im Stehen" so wie das linke Bild aussehen,
müsste man  eine Stauung (im großen und kleinen Kreislauf) annehmen.
Außerdem würde man die unzureichende Entfaltung der Lunge =
mangelnde Inspiration bemängeln.

Insgesamt ist die Aufnahme im Liegen sozusagen physiologisch
qualitätsgemindert. Sie ist sozusagen artifiziell gestört. Das Artefakt
liegt (möglicherweise) in der falschen Indikation zu einer
Untersuchung im Liegen. Beim Artefakt ist irgendetwas schief
gegangen: Technik, Planung, Interpretation.
Sie, liebe Freunde es schwarz/weißen Bildes, können es
nachempfinden, wenn ich behaupte, Fakten und Artefakte seien
manchmal schwer zu trennen.
 

Abb. 6.9: Obere Zeile Rückenlage: Vedichtung im Lungenparenchym dorsal subpleural.

6.9. Ein Befund, der für Verwirrung sorgen könnte, denn der Patient
hatte bei seine Medikamenten Grund eine Lungenfibrose zu entwickeln.
In der unteren Zeile der Abbildungen hat sich der Patient auf den Bauch
gedreht. Erfreulicherweise ist die pleuranahe Verdichtung
verschwunden. Da der Befund lageabhängig ist handelt es sich nicht um
eine Bindegewebsvermehrung sondern um eine diskrete und harmlose
Form der Stauung in den Venen. 

Abb.10a: Der Summationseffekt im Röntgen demonstriert an Eierschalen

Abb.10b:Thorax in Inspiration und Expiration

6.10a: Eine schöne Demonstration des Summationseffektes. Fragmente von Eierschalen befinden sich ein einem Gel. Wo sie sich überlagern wird die Strahlenschwächung viel stärker, wo sie durch feine Bruchlinien distanziert sind, bilden diese sich als Linien geringerer Schwächung ab. Einzelne Luftblasen in dem Gel sorgen für einen negativen Summationseffekt, sie bilden sich dunkel ab.

6.10b: Was unterscheidet beide Thoraces? Schlüssel zur  Lösung ist der
unterschiedliche Zwerchfellstand. Inspiration und Exspiration.
Oben: Ausatmung= Exspiration
Unten: Einatmung= Inspiration

Eindrucksvoll ist die Verdichtung vor allem der basalen
Lungenabschnitte bei der Exspiration.  

Beide Aufnahmen wurden wegen hartnäckigem Verdacht auf
Pneumothorax durchgeführt. (Heute hätte man gute Argumente, sich
gleich zu einer Computertomographie zu entschließen.)
Bei einer Aufnahme in Ausatmung hat eine kleinen Vorteil: Durch die
Verdichtung der Lunge erhält der Pneumothorax einen relativ besseren
Kontrast und wird (-ich weiß nicht in welcher Häufigkeit-) besser
dargestellt. Abgesehen davon ist eine solche Aufnahme in Exspiration
diagnostisch unergiebiger und daher qualitativ schlechter.

Im weitesten Sinne ist die Exspiration ein Artefakt; typisch für den
Artefakt ist, dass er zu Fehldiagnosen Anlass geben könnte. Um diese
zu vermeiden muss man mit den Besonderheiten der unvollständig
entfalteten Lunge sehr vertraut sein. (Siehe auch das ähnliche Problem:
„Thorax Stehen/Liegen"...) 

Abb. 6.11: Summationseffekt bei einer Verrenkung in einem der Gelenke des Fingers (proximales Interphalangealgelenk)

Abb. 6.13: Knochenbrüche können sich im Röntgenbild auch als weiße

6.11. Luxationen sind im Röntgenbild dadurch charakterisiert, dass die
Silhouetten (später noch Genaues) von Kopf und Pfanne nicht
harmonisch zueinander passen.
Neben diesem Silhouettenzeichen kommt es bei Luxationen zu
interessanten und charakteristischen Summationseffekten. Kopf und
Pfanne überlagern sich in ungewöhnlichem Ausmaß: zu viel oder zu
wenig.

Dieses Bild ist für jeden wichtig, der mit der Radiologie beginnt
Man mag zu Recht ein wenden: die zweite Ebene würde die Situation
„narrensicher" aufklären. - Das stimmt, ist aber eine andere Geschichte.

6.13: Es ist einseitig, sich eine Fraktur nur als schwarze Linie
vorzustellen. Das Wort „Frakturlinie" leistet dem Missverständnis
Vorschub. Eigentlich gibt es nur „Frakturflächen". Im Röntgenbild
erscheinen dann Teile von diesen Frakturflächen als Linien. Eine
Frakturfläche kann zwei Frakturlinien hervorrufen; eine sog. Frakturlinie
kann auch gänzlich fehlen und wird möglicherweise in einer anderen
Projektion augenscheinlich.

Fragmente können verschoben sein; der osteoporotische Knochen kann
eingestaucht sein. Also können sich die Fragmente überlagern und im
Bild weiße Linien erzeugen. Klassische Beispiele finden sich im Bereich
des  Schädels.

Bei diesem Formenreichtum der Fraktur handelt es sich um
Anwendungen des Summationseffektes und des Silhouettenzeichens.