Wie genau sind radiologische Diagnosen?
In der Radiologie kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, mit denen anatomische Strukturen wie Knochen, Muskeln, das Gefäßsystem und Organe abgebildet werden. Der Vorteil: Untersuchungen können in der Radiologie und Nuklearmedizin minimalinvasiv, also ohne Operation, durchgeführt werden.
Wie hoch die Auflösung bei den einzelnen Methoden ist, wird von vielen Faktoren beeinflusst. Einerseits definieren systemabhängige Parameter, wie beispielsweise die Stärke des Magnetfeldes (angegeben in der Maßeinheit “Tesla”) bei der Magnetresonanztomographie, die Auflösung und Genauigkeit. Andererseits haben auch die individuellen Spezifika des Patienten sowie die Erfahrung der Radiologen und Assistenten einen Einfluss.
Was beeinflusst die Genauigkeit radiologischer Diagnosen?
Wie zuverlässig und genau die Aussagen der Radiologie hinsichtlich einer konkreten medizinischen Fragestellung sind, hängt von der Bildqualität ab bzw. den Informationen, die sich aus den Aufnahmen herauslesen lassen.
Die Auflösung der bildgebenden Verfahren ist entscheidend und wird maßgeblich von folgenden Faktoren beeinflusst:
- gewählte Untersuchungsmethode: Die bildgebenden Verfahren basieren auf unterschiedlichen physikalischen Grundlagen und variieren in der Genauigkeit deutlich.
- Qualität der radiologischen Ausstattung: In den letzten Jahren hat sich durch Forschung und Digitalisierung die Auflösung moderner Geräte verbessert.
- Erkrankungsstadium: Viele Erkrankungen/Pathologien sind in einem frühen Stadium mit verschiedenen bildgebenden Verfahren nicht eindeutig zu erkennen.
- Erfahrung des radiologischen Personals: Die Interpretation radiologischer Bilder erfordert Fachwissen und Erfahrung in den einzelnen Fachgebieten.
- patientenindividuelle Rahmenbedingungen: Implantate, Bewegungen während der Untersuchung oder Übergewicht können die Untersuchung erschweren und die Genauigkeit nachteilig beeinflussen.
Aufgrund der verschiedenen Faktoren besteht immer das Risiko, Bilder zu erhalten, deren Aussagekraft nicht zufriedenstellend ist.
Genauigkeit in Abhängigkeit von der Untersuchungsmethode
Die Entscheidung für ein bildgebendes Verfahren spielt im Hinblick auf die Qualität und Genauigkeit eine wesentliche Rolle. Röntgen, die Computertomographie (CT), die Magnetresonanztomographie (MRT), der Ultraschall (Sonographie) und die nuklearmedizinischen Verfahren wie Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Single-Photon-Emissionscomputertomographie (SPECT) machen sich unterschiedliche physikalische Grundlagen zunutze und variieren daher in der Genauigkeit für bestimmte Fragestellungen.
Röntgen
Röntgen ist eine der ältesten und die nach wie vor häufigste bildgebende Technik. Bei der Untersuchung durchdringt Röntgenstrahlung den Körper und wird mit einem Detektor nach dem Körperdurchgang gemessen. Dank der Unterschiede in der Gewebeabsorption zeichnen sich Strukturen unterschiedlich stark auf dem Röntgenfilm ab.
Moderne Röntgenverfahren zeichnen die Strahlung als Messwerte auf und rechnen diese in eine Abbildung der anatomischen Strukturen um. In der medizinischen Praxis, beispielsweise der Unfallchirurgie, werden Aufnahmen in zwei Ebenen angefertigt, um Indikationen wie Knochenbrüche (Frakturen) zu überprüfen.
Neben der Frakturdiagnostik wird Röntgen auch für Aufnahmen der Lungen (Thorax-Röntgen) verwendet, um sich schnell ein Bild über den Zustand von Raumforderungen, dem Vorliegen eines Pleuraergusses (Flüssigkeitsansammlung im Spalt zwischen der Lunge und der Brustwand) oder Pneumonien (Lungenentzündung) zu machen.
Im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren ist Röntgen gut verfügbar, relativ einfach in der Handhabung und verursacht geringe Kosten. Außerdem ist die Auflösung so hoch, dass gerade Knochenfrakturen mit hoher Treffsicherheit erkannt werden können. Auf der anderen Seite lassen sich aus den Aufnahmen nur sehr eingeschränkt Aussagen zu Pathologien in der Weichteildiagnostik treffen. Die Kontraste der einzelnen Weichgewebetypen sind dafür einfach zu niedrig. Außerdem besteht gerade im klassischen Röntgen, das Strukturen zweidimensional darstellt, die Gefahr des Auftretens von Verdeckungseffekten.
Computertomographie (CT)
Physikalisch setzt die Computertomographie (CT) zwar ebenfalls auf Röntgenstrahlung, erreicht durch einige technische Besonderheiten aber eine bessere Auflösung bzw. Genauigkeit. Die Röntgenröhre sitzt auf einem drehbaren Ring (dem Gantry), der sich um den Patienten, der auf dem Untersuchungstisch positioniert wird, bewegt.
Auf der gegenüberliegenden Seite nehmen Röntgendetektoren die Strahlung nach dem Körperdurchgang auf. Mithilfe von Computern lassen sich die Messwerte zu Schnittbildern verarbeiten. Deren Kombination kann ein dreidimensionales Bild anatomischer Strukturen erstellen.
Ein CT-Scan liefert hochauflösende Darstellungen von knöchernen Strukturen, Organen und Gefäßen. Die Aussagekraft wird durch den Einsatz von Kontrastmitteln auf Jodbasis noch weiter verbessert. Hierdurch ermöglicht die Untersuchung eine sehr präzise Diagnostik, etwa bei Verletzungen der Knochen oder in der Erstdiagnostik und dem Staging von Tumorerkrankungen.
Aber auch in der schnellen Bewertung von klinischen Symptomen, die an einen Schlaganfall denken lassen, greifen Notfallmediziner zur Computertomographie, da die Methode im Vergleich zum MRT schnell Aussagen liefert. Durch die Möglichkeit der dreidimensionalen Rekonstruktion hat die Chirurgie hier zudem die Gelegenheit, eine exakte Vorbereitung des Operationsplans vorzunehmen.
Zu den Nachteilen der Computertomographie gehört einerseits die Strahlenbelastung. Auf der anderen Seite erreichen andere bildgebende Verfahren bei verschiedenen Weichgewebeverletzungen und Pathologien eine höhere Genauigkeit. Diese lässt sich zwar mit Kontrastmitteln verbessern, was aber wiederum zu Komplikationen und Risiken führen kann. Außerdem ist die CT-Untersuchung aufgrund der Strahlenbelastung nicht für alle Patientengruppen geeignet.
Magnetresonanztomographie (MRT)
Bei der Magnetresonanztomographie (MRT), regelmäßig auch als Kernspintomographie bezeichnet, handelt es sich um ein belastungs- und strahlungsarmes Verfahren. Die Methode arbeitet mit starken Magnetfeldern und Hochfrequenzimpulsen, um detaillierte Schnittbilder über die Ausrichtung und Anregung des Wasserstoffs im Körperinneren darzustellen.
Bei der MRT werden unterschiedliche Sequenzen aufgenommen, die wiederum durch das Gewebe in den radiologischen Aufnahmen unterschiedliche Kontraste abbilden. Mit einem MRT-Scan lassen sich Weichteilstrukturen (Gehirn, Muskulatur, Bänder, Knorpel und Organe) besonders gut darstellen.
Damit ist die MRT unter anderem in der Darstellung von Bandscheibenvorfällen, Meniskus- und Sehnenverletzungen oder verschiedenen Tumoren im Einsatz. In der MRT-Untersuchung lassen sich viele Strukturen hochauflösend darstellen. Die Auflösung korreliert mit der Feldstärke bzw. dem Untersuchungszeitraum. Moderne Geräte erreichen mit entsprechend hohen Feldstärke eine Auflösung von unter 1 mm.
Untersuchungen mit der Magnetresonanztomographie dauern in der Regel 30 bis 45 Minuten und gehören im Vergleich zu anderen Methoden zu den zeitaufwendigeren Untersuchungen. MRT-Aufnahmen nehmen aber nicht nur mehr Zeit in Anspruch. Bewegungen der Patienten oder Implantate und selbst metallhaltiges Make-Up können die Qualität und Genauigkeit der Aufnahmen bereits stören.
Ultraschall (Sonographie)
Der Ultraschall ist in der Radiologie das Untersuchungsverfahren, welches eine Betrachtung von Pathologien direkt in Echtzeit ermöglicht. Im Rahmen eines Ultraschalls des Herzens kann die Bewegung und Pumpfunktion des Herzmuskels dargestellt sowie überprüft werden, ob pathologische Veränderungen im Blutdurchfluss vorliegen.
Besonders oberflächennahe Strukturen sind auf diese Weise gut und belastungsarm darstellbar. Unter anderem wird die Methode zur Begutachtung von Schilddrüse und Brustdrüsen, dem Herzmuskel oder einer Schleimbeutelentzündung (Bursitis) verwendet. Mit einem Schallkopf, der in Körperhohlräume eingeführt werden kann (Endosonographie), ist auch eine Untersuchung tieferliegender Strukturen möglich.
Die Genauigkeit der Ultraschalluntersuchung wird stark von der Erfahrung und dem Know-how des untersuchenden Arztes beeinflusst. Zusätzlich besteht das Risiko, dass ungünstige Schallfenster keine ausreichende Genauigkeit der Ergebnisse ermöglichen. Ein weiteres Problem stellen Flüssigkeiten dar, da sie im Ultraschallbild schwarz erscheinen. Ärzte können daher nicht bestimmen, um welche Flüssigkeit es sich handelt oder wie die Flüssigkeitsansammlung aussieht.
Die Frequenz beeinflusst sowohl die Eindringtiefe als auch die Detailerkennbarkeit: Höhere Frequenzen ermöglichen eine bessere Detailauflösung (Ultraschall erreicht eine Auflösung von weniger als 1 mm), verringern jedoch die Eindringtiefe.
Nuklearmedizinische Verfahren (PET und SPECT)
Mithilfe der Nuklearmedizin werden funktionsdiagnostische Fragen, etwa zu Stoffwechselvorgängen, überprüft. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann nach Tumoren gesucht werden, die einen im Vergleich zu gesunden Zellen höheren Zuckerstoffwechsel aufweisen. Die SPECT-Untersuchung funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip, indem ebenfalls ein Radiotracer eingesetzt wird.
Allerdings ist die anatomische Aussagekraft der Untersuchungen nicht ausreichend, um beispielsweise einen Tumor ausreichend genau zu lokalisieren. Aus diesem Grund wird zu einer Kombination mit CT- oder MRT-Aufnahmen gegriffen, um die anatomischen und funktionellen Informationen in einer Weise zusammenzuführen, dass eine ausreichend hohe Genauigkeit erreicht wird.
Die Ortsauflösung, also der Abstand zweier Signale/Punkte innerhalb des Detektorsignals, liegt bei beiden Methoden bei mehreren Millimetern, wobei die PET-Untersuchung eine deutlich höhere Auflösung im Vergleich zur SPECT erreicht.
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Erfahrung und Spezialisierung der Radiologieärzte bzw. Radiologieassistenten
Die Erfahrung der Radiologieärzte bzw. Radiologieassistenten spielt eine zentrale Rolle für die Qualität der bildgebenden Diagnostik. Einerseits macht sich in diesem Zusammenhang die Facharztausbildung, in der das Wissen rund um Röntgen, Computertomographie, Magnetresonanztomographie und Ultraschall vermittelt werden, bemerkbar. Auf der anderen Seite fällt der kontinuierliche Wissenstransfer im Rahmen von Fort- und Weiterbildung ins Gewicht.
Gerade die Spezialisierung auf bestimmte Teilbereiche der Radiologie kann die Qualität der Bewertung einzelner Aufnahmen hinsichtlich der Beantwortung individueller medizinischer Fragen beeinflussen. Radiologen mit Schwerpunkt in Neuroradiologie, muskuloskelettaler Radiologie, pädiatrischer Radiologie oder onkologischer Bildgebung bringen in diesen Bereichen eine besonders umfassende Expertise mit und können Befundungen noch präziser durchführen.
Dabei spielt nicht nur die fachliche Kompetenz hinsichtlich komplexer Fälle, etwa bei Tumorerkrankungen im Gehirn, eine Rolle. Die praktische Erfahrung in Abhängigkeit von der Fallzahl verbessert das Verständnis für verschiedene pathologische Veränderungen und versetzt Radiologieärzte in die Lage, subtile Pathologien früher zu erkennen. Erfahrung im Umgang mit den Geräten in der Radiologie und Nuklearmedizin sowie mit den Patienten ist auch im Hinblick auf die Radiologieassistenten ein maßgeblicher Faktor. Diese übernehmen die Funktion eines Bindeglieds zwischen Patient und Arzt. Außerdem gehören die protokollgerechte Durchführung der Untersuchungen und das Erkennen von Fehlerquellen zu ihren Aufgaben, was ebenfalls Einfluss auf die Genauigkeit der Ergebnisse hat.
Innovation und moderne Gerätestandards
Auch die Gerätestandards haben auf die Qualität der bildgebenden Verfahren einen wesentlichen Einfluss. Beispielsweise lassen sich beim digitalen Röntgen, anders als im Vergleich zum herkömmlichen Röntgenfilm, Bilder vergrößern und in verschiedenen Parametern wie Kontrast oder Helligkeit nachbearbeiten, was die Bildinformationen verbessert.
Dank innovativer Entwicklungen im Bereich der Bildgebung mittels CT oder MRT haben sich in den letzten Jahren auch hier die Auflösung und Qualität verbessert. Die Einführung moderner Standards und eine optimale Ausnutzung der Gerätespezifikationen erlaubt es inzwischen beispielsweise, die Untersuchungszeit bei der MRT oder Effekte wie das Bildrauschen zu verringern, ohne dass es dabei zu wesentlichen Informationsverlusten kommt [1]. Moderne CT-Geräte setzen wiederum innovative Verfahren ein, um die Strahlendosis zu verringern und dabei dennoch eine hohe Bildqualität zu erreichen.
Die Kombination aus innovativen Ansätzen in den Untersuchungen selbst und moderner Computertechnologie sowie Bildverarbeitung und Bearbeitung verbessern die Qualität in der Radiologie. Zusätzlich bietet der Einsatz von umfassend auf die radiologischen Befunde trainierte KI das Potenzial, kritische Pathologien noch schneller zu erkennen, um zügig eine adäquate Therapie (beispielsweise bei Schlaganfällen) einzuleiten [2].
Art und Stadium der Erkrankung
Verschiedene Verfahren basieren auf unterschiedlichen physikalischen Grundlagen, die je nach Art und Stadium einer Erkrankung unterschiedlich reagieren und somit die Qualität der Aussagen nach der Untersuchung beeinflussen.Tumore lassen sich so im Anfangsstadium mit Ultraschall und Röntgen möglicherweise nicht hinreichend auflösen.
Eine nur wenige Millimeter große Raumforderung bleibt in diesem Fall unbekannt. CT, MRT oder PET-CT liefern auf der anderen Seite bereits wichtige Informationen, werden aber nur bei einer entsprechenden Verdachtsdiagnose angewandt. Tumore werden aus diesem Grund immer wieder als Zufallsbefund entdeckt.
Aber auch entzündliche Prozesse variieren in ihrer Darstellung. Während eine akute Entzündung durch Flüssigkeitsansammlungen, Gewebeschwellungen oder Hyperperfusionsareale erkennbar ist, sind chronische Entzündungen oft schwieriger zu identifizieren. Erschwerend kommt bei vielen Erkrankungen hinzu, dass die Gewebekontraste nicht ausreichend hoch sind und daher Kontrastmittel eingesetzt werden müssen. Bei der Anwendung von Kontrastmitteln sind jedoch bestimmte Vorbereitungen erforderlich, um sichere und präzise Ergebnisse zu gewährleisten.
Aufgrund der Tatsache, dass die Methoden der Radiologie sehr unterschiedlich auf verschiedene Erkrankungen und das Krankheitsstadium ansprechen, hängt die Qualität der Ergebnisse maßgeblich davon ab, welche Methode die Ärzte einsetzen.
Patientenindividuelle Einflussfaktoren
Auf die Qualität und Genauigkeit der radiologischen Diagnosen haben nicht nur Gerätestandards oder die Erfahrung der Radiologieärzte Einfluss. Patientenindividuelle Einflussfaktoren wie der Body-Mass-Index (BMI) beeinflussen die diagnostische Aussagekraft bildgebender Verfahren.
Bei adipösen Patienten ist es oft schwieriger, hochauflösende Ultraschallbilder zu erhalten. Der Zusammenhang zwischen der Dicke der zu durchdringenden Gewebeschicht und der Qualität der Ergebnisse wurde durch Studien belegt [3]. Mit Hilfe von Spezialsonden konnten in Studien die Nachteile ausgeglichen werden.
Probleme ergeben sich aber auch für CT-Untersuchungen. Die bei normalgewichtigen Patienten eingesetzte Röntgenspannung führt mitunter zu einer nicht ausreichenden Bildqualität. Ihre Erhöhung verbessert zwar die Darstellung, erhöht gleichzeitig aber auch die Strahlenbelastung.
Patientenindividuelle Einflussfaktoren beeinflussen aber auch die Qualität der radiologischen Diagnosen, zum Beispiel durch die Kooperationsfähigkeit (wie das Stillliegen während eines MRT-Scans) oder das Verhalten vor der Untersuchung – etwa in Bezug auf das Einhalten von Nahrungskarenzen oder den Verzicht auf das Auftragen von metallhaltigem Make-Up vor einer MRT.
Fazit: Die Genauigkeit radiologischer Untersuchungen wird von vielen Faktoren beeinflusst
Die Radiologie bietet die Möglichkeit, medizinische Fragen ohne Operation zu beantworten. Allerdings sind die Qualität der Aussagen und deren Genauigkeit von der bildgebenden Methode, patientenindividuellen Faktoren und den jeweiligen technischen Standards abhängig. Röntgen liefert schnell Ergebnisse, ist aber bei der Weichteildiagnostik stark eingeschränkt. Die CT-Scans bestechen mit einer hohen Detailgenauigkeit, bringen aber eine höhere Strahlenbelastung mit. Und bei der MRT ist die Weichteilcharakterisierung eine Stärke, während das Verfahren aber mehr Zeit braucht – was die Kooperationsfähigkeit der Patienten besonders beansprucht.
[1] Pineda F, Sheth D, Abe H, Medved M, Karczmar GS. Low-dose imaging technique (LITE) MRI: initial experience in breast imaging. Br J Radiol. 2019 Nov;92(1103):20190302. doi: 10.1259/bjr.20190302. Epub 2019 Jul 11. PMID: 31271535; PMCID: PMC6849684.
[2] Tsuboyama T, Yanagawa M, Fujioka T, Fujita S, Ueda D, Ito R, Yamada A, Fushimi Y, Tatsugami F, Nakaura T, Nozaki T, Kamagata K, Matsui Y, Hirata K, Fujima N, Kawamura M, Naganawa S. Recent trends in AI applications for pelvic MRI: a comprehensive review. Radiol Med. 2024 Sep;129(9):1275-1287. doi: 10.1007/s11547-024-01861-4. Epub 2024 Aug 3. PMID: 39096356.
[3] Heinitz, S., Müller, J., Jenderka, KV. et al. The application of high-performance ultrasound probes increases anatomic depiction in obese patients. Sci Rep 13, 16297 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-43509-9
