Chancen und Risiken von bildgebenden Verfahren in der Medizin

Röntgenaufnahmen sind das älteste bildgebende Verfahren in der Medizin. Benannt sind sie nach dem Entdecker der Röntgenstrahlen: Wilhelm Conrad Röntgen, der 1895 in Würzburg eher zufällig auf sie stieß. Während eines Versuchs mit elektrischen Gasladungen geriet seine Hand in die Apparatur und wurde von Strahlen getroffen. Röntgen sah die Knochen seiner Hand. Ganz begeistert davon durchleuchtete er auch direkt die Hand seiner Frau. Hätte ihm damals jemand gesagt, wie massiv die Strahlenbelastung durch diese Versuche war, hätte er womöglich nicht so sorglos damit herumgespielt. In den folgenden Jahren trugen Ärzt:innen, Forschende und Patient:innen schwere Schäden davon, weil niemand ahnte, was die Strahlung mit dem Körper machte.

Dennoch hat Röntgens Entdeckung die Medizin revolutioniert. Forschende haben seine Methode verbessert und spezialisiert, sodass die Patient:innen heute wesentlich weniger Strahlung ausgesetzt sind. Außerdem gibt es inzwischen weit mehr als das übliche Röntgenbild: Mit Computertomografie, Magnetresonanztomografie, Ultraschall und nuklearmedizinischen Methoden lassen sich ebenfalls Gewebe durchleuchten. Was können die verschiedenen Verfahren leisten? Und welche Risiken gibt es? Ein Überblick.

Röntgendiagnostik

Verschiedene Gewebe im Körper haben die Eigenschaft, unterschiedlich durchlässig für Röntgenstrahlung zu sein. Je dichter das Gewebe, desto weniger Strahlung geht hindurch und landet schließlich auf dem speziellen Film, der das Bild festhält. Das Röntgenbild ist ein Negativbild: Wenn viel Strahlung durchkommt, wird der Film an der Stelle dunkler, wenn wenig hindurchkommt, entsprechend heller. Knochen beispielsweise, die sehr dicht sind, stellen sich im Röntgenbild weiß dar. Das umliegende Gewebe bleibt eher dunkel. Inzwischen gibt es auch digitale Geräte, die nicht mehr mit analogen Filmen, sondern mit Speicherfolien arbeiten. Die Speicherfolien enthalten Leuchtstoffe, also Stoffe, die leuchten, wenn sie etwa durch Strahlung angeregt werden. Sie speichern die Röntgenstrahlung, die auf sie trifft. Mit einem Lesegerät wird das Röntgenbild von der Folie abgelesen und digitalisiert. Anschließend kann das Bild gelöscht und die Folie wiederverwendet werden.

Röntgenbilder eignen sich nicht nur, um Knochenbrüche zu untersuchen, sondern auch für einen Blick auf Herz oder Lunge. Auch die Mammografie, also die Untersuchung der Brust auf Tumore, ist eine Röntgenmethode. Manchmal kann es hilfreich sein, Kontrastmittel mit der Röntgenuntersuchung zu kombinieren. Das Kontrastmittel hat die Aufgabe, den Dichteunterschied zwischen verschiedenen Geweben zu erhöhen. Ein Einsatzgebiet ist etwa die Gefäßmedizin: Ein Arzt oder eine Ärztin injiziert der Patientin oder dem Patienten Kontrastmittel und macht dann eine Röntgenaufnahme, in der sich das sonst fast unsichtbare Gefäß nun deutlich heller vom umliegenden Gewebe abhebt. So lassen sich beispielsweise Gefäßverengungen oder Aneurysmen feststellen. Kontrastmittel werden nicht ausschließlich injiziert. Um etwa den Darm zu untersuchen, gibt es auch Mittel, die oral eingenommen werden.

Computertomografie

Die Computertomografie ist eine Art Weiterentwicklung des Röntgens. Eine Röhre rotiert um den Tisch, auf dem der Patient liegt. Sie sendet fächerförmig Röntgenstrahlen aus. Das ermöglicht, Querschnittsbilder vom Körper aufzunehmen. Bis zu 320 Schichten können auf diese Weise erstellt werden – meist werden aber weniger Aufnahmen gemacht. Auch bei dieser Methode bieten Kontrastmittel die Möglichkeit, die Bilder noch detaillierter zu machen.

Diese Untersuchung wird eingesetzt, um Tumore zu diagnostizieren und deren Größe zu bestimmen. Neben der Tumordiagnose wird das CT auch bei schwer verletzten Unfallpatient:innen genutzt, um beispielsweise innere Blutungen zu diagnostizieren.

Magnetresonanztomografie

Die Magnetresonanztomografie unterscheidet sich von der Röntgendiagnostik und der Computertomografie insofern, als sie ohne Röntgenstrahlen auskommt. Sie funktioniert über ein sehr starkes Magnetfeld und, grob gesagt, über den körpereignen Magnetismus. Durch starke magnetische Kraft werden Wasserstoffteilchen im Körper angeregt. Sie drehen sich alle in die gleiche Richtung. Lässt das Magnetfeld von außen nach, kehren die Atome in ihre Ausgangslage zurück und geben dabei Energie in Form von magnetischen Impulsen ab. Die wiederum sind messbar und ergeben ein Bild aus dem Körperinneren.

Entscheidend ist außerdem, dass verschiedene Gewebe unterschiedliche Signale abgeben – signalreiche Gewebe sind hell, signalarme dunkel. Welche Gewebe signalarm oder -reich sind, hängt von der Messmethode ab. Entweder fettreiches oder wasserreiches Gewebe kann jeweils so angeregt werden, dass es starke Signale übermittelt. Knochen hingegen bleiben immer signalarm, also dunkel. Kontrastmittel können die Signalstärke eines Gewebes verändern und das Bild genauer machen.

Da die Magnetresonanztomografie ohne Strahlung arbeitet, wird sie, wenn möglich, der Computertomografie vorgezogen. Sie eignet sich besonders, um weiches Gewebe darzustellen.

Sonografie

Die Sonografie funktioniert über Ultraschall und sein Echo. Unter Ultraschall fallen hochfrequente Schallwellen, die für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar sind. Das Bild, das daraus entsteht, beruht auf den Mechanismen Reflexion, Brechung und Absorption.

Trifft die Schallwelle auf Gewebe, wird sie entweder zurückgeworfen (Reflexion) oder in eine Richtung gelenkt (Brechung). Ein Teil der Welle wird auch immer vom Gewebe aufgenommen und ihr Echo somit gedämpft (Absorption). Je nach Substanz fällt das Echo unterschiedlich aus. Knochen absorbiert beispielsweise stark, Weichteile weniger, Wasser absorbiert am wenigsten.

Im Kopf des Ultraschallgerätes sitzen Kristalle, die mithilfe von Strom verformt werden können, woraufhin sie Schall aussenden. Der zurückkommende Schall verformt die Kristalle wiederum erneut, woraufhin sich die Spannung ändert. Daraus lässt sich das Echo ablesen, welches sich dann in ein Bild übersetzen lässt.

Die Sonografie ist die handlichste und unkomplizierteste Methode unter den bildgebenden Verfahren und zudem kostengünstig. Deshalb wird sie für viele verschiedene Zwecke genutzt – sowohl zur Diagnostik als auch zur Verlaufskontrolle von Krankheiten, etwa an der Schilddrüse oder im Bauchraum. Am bekanntesten ist aber wohl die Verlaufskontrolle während einer Schwangerschaft.

Nuklearmedizinische Bildgebung

Für die nuklearmedizinische Bildgebung werden radioaktive Stoffe in den Körper gebracht, deren Strahlung dann von außen gemessen werden kann. Die Methode liefert weniger ein anatomisches Bild, sondern stellt dar, wie ein Organ funktioniert und welche Stoffwechselvorgänge darin ablaufen.

Grundlage für das Verfahren ist das "Tracerprinzip". In organische Verbindungen, die im Körper verstoffwechselt werden, lassen sich sogenannte Radionuklide einschleusen. Dazu wird ein Atom, das sich in der Verbindung stabil verhält, gegen eins seiner Isotope ausgetauscht – und zwar gegen ein radioaktives Isotop.

Gemessen wird die Strahlung des Radionuklids mit einer Gammakamera: Darin steckt ein spezieller Kristall, der auf die Strahlung reagiert und sie misst. Das von ihm ausgehende Signal wird im Gerät verstärkt und aufgezeichnet – so entsteht schließlich das Bild des zu untersuchenden Organs.

Dieses Verfahren wird als Szintigrafie bezeichnet. Spezielle Methoden dieser Art sind die "Single Photon Emission Computed Tomography" (SPECT), bei der Gammakameras um die Patient:innen rotieren, und die "Positronenemissionstomografie" (PET), die über eine besondere Art von Strahlung funktioniert.

Diskutiert wird immer wieder die Unbedenklichkeit von Ultraschall-Untersuchungen für das ungeborene Kind. Derzeit gibt es keine Erkenntnisse, dass Ultraschall dem Kind schaden kann. Für eine Verlaufskontrolle der Schwangerschaft nutzen Ärzt:innen die Methode deshalb weiterhin. Von Aufnahmen, nur damit die Eltern ihr Kind noch mal sehen können, raten Ärzt:innen inzwischen aber ab. Das Hautareal unter dem Ultraschallgerät kann sich erwärmen, und solange nicht eindeutig widerlegt ist, dass dies keine Folgen für das Ungeborene hat, empfehlen Ärzt:innen so wenig Ultraschalluntersuchungen wie möglich von dem Embryo zu machen.

Eindeutig am unproblematischsten ist die Magnetresonanztomografie (MRT). Lediglich für Patient:innen mit Prothesen oder einem Herzschrittmacher kann diese Methode zum Problem werden. Metallteile können sich erhitzen oder sogar wandern. Herzschrittmacher können durch das Magnetfeld beschädigt werden oder sogar ganz kaputt gehen. Manchen Patient:innen bereitet die MRT außerdem Unbehagen, denn: MRT-Röhren sind eng und die Geräuschkulisse ist darin sehr laut. Zudem ist es wichtig, dass sie während der gesamten Aufnahme, die oft mehrere Minuten dauert, still liegen müssen. Wer sich doch bewegt, macht möglicherweise die ganze Aufnahme zunichte, zum Teil können Atembewegungen schon das Bild stören. Da in der MRT aber nur mit einem Magnetfeld gearbeitet wird, ist der Körper keiner belastenden Strahlung ausgesetzt.