title: Lindenstraße

text: In dieser Wohnung lebten zuletzt Iffi Zenker mit Tochter Antonia und Roland Landmann sowie Nina Zöllig und Johannes Diestl mit ihrer Tochter Ida. (Ehemalige (Mit-)Bewohner: Moritz Sperling, Timo und Nico Zenker)


title: Lindenstraße

text: Nach dem Ende der Dreharbeiten wurden zuerst die Innenkulissen abgebaut und wanderten in verschiedene Museen.


title: Lindenstraße

text: Es bestehen zwei Crossover-Episoden zur SWR-Seifenoper Die Fallers – Eine Schwarzwaldfamilie. So reist "Else Kling" in Folge 630 der Lindenstraße "Süßer die Glocken …" in den Schwarzwald und verbringt auf dem Fallerhof in Folge 130 "Besuch aus der Lindenstraße" ihren Urlaub. In Lindenstraße-Folge 632 "Verschnupft" reist auch "Helga Beimer" zu den Fallers und tritt dort in Folge 131 "Helga Beimers Schwarzwaldtour" auf. Die beiden zusammengehörenden Folgen wurden bei ihrer Erstausstrahlung jeweils am selben Abend gezeigt. Somit sind "Lindenstraße" und "Die Fallers" im selben Serienuniversum angesiedelt. Die Fallers befinden sich im selben Universum wie "Dahoam is Dahoam".


title: Lindenstraße

text: Zudem ist die Lindenstraßen-Hausärztin "Iris Brooks" in Folge 793 der Serie "In aller Freundschaft" ("Aus den Augen aus dem Sinn?" vom 28. November 2017) Patientin in der Sachsenklinik und Tochter "Lara Brooks" bei ihr zu Besuch, was in der Lindenstraßen-Folge 1653 "Füreinander da sein" vom 3. Dezember 2017 am Anfang und als "Laras" Alptraum thematisiert wird. Etwas später kam es am 15. und 22. April 2018 in den Lindenstraßen-Folgen 1670 und 1671 "(Neyla und Klaus" und "Das Enkelkind)" zum Gegenbesuch der Sachsenklinik-Verwaltungschefin "Sarah Marquardt" in der Lindenstraße, wo sie mit den ehemaligen Hausärzten "Ludwig Dressler" und "Carsten Flöter" zu tun hat. "In aller Freundschaft" hatte weiterhin verschiedene Crossover zu anderen ARD-Serien.


title: Lindenstraße

text: Insgesamt besteht das gemeinsame Serienuniversum aus "Tierärztin Dr. Mertens, Heiter bis tödlich: Akte Ex, Schloss Einstein, Marienhof, Verbotene Liebe. Lindenstraße, Die Fallers, Dahoam is Dahoam, In aller Freundschaft" und "In aller Freundschaft – Die jungen Ärzte".


title: Lindenstraße

text: "Mutter Beimers Küche" aus der Serie kommt gemeinsam mit einer Leuchtreklame des Restaurants „Akropolis“ ins Haus der Geschichte in Bonn und wird dort Museumsstück.


title: Lindenstraße

text: Die Küche von Else Kling und ihr geblümtes Hauskleid befinden sich in Speyer im Wilhelmsbau im Bereich des Technischen Museums. In der umfangreichen Ausstellung über mehrere Räume auch viele Gegenstände und die aufgestapelten Drehbücher.


title: Gehirn

text: Als Gehirn oder Hirn (; , allein noch fachsprachlich Cerebrum und ansonsten seit 1901 weiter eingedeutscht "Zerebrum" geschrieben) wird bei Wirbeltieren einschließlich des Menschen und bei einigen Wirbellosen der im Kopf gelegene Teil des zentralen Nervensystems bezeichnet. Das Gehirn, anatomisch Enzephalon bzw. Enkephalon genannt (zu sowie und ), liegt bei Wirbeltieren geschützt in der Schädelhöhle, wird von Hirnhäuten umhüllt und besteht hauptsächlich aus Nervengewebe. In Höhe des Foramen magnum geht es in das Rückenmark über, beide zusammen bilden das Zentralnervensystem (ZNS). Mit Erkrankungen des Gehirns (Hirnpathologie) befasst sich die Neurologie.


title: Gehirn

text: Das Wirbeltier-Gehirn verarbeitet hochdifferenziert Sinneswahrnehmungen und koordiniert komplexe Verhaltensweisen. Es ist somit der Speicher für die meisten komplexen Informationen, die der Organismus verarbeitet.


title: Gehirn

text: Nicht jede Information gelangt bis zur Hirnrinde und führt zu Bewusstsein. Peripher liegende Nervengeflechte (Plexus) und vor allem Zentren im Hirnstamm verarbeiten die meisten der von Rezeptoren ankommenden Erregungen unbewusst. Reflexbögen übernehmen Aufgaben, die mit höchster Geschwindigkeit und ohne bewusste Verarbeitung und verzögernde Einflussnahme erledigt werden. Beim Menschen gibt es ebenfalls ein solches autonomes Nervensystem. Es koordiniert vegetative Funktionen wie Atmung, Herzkreislauf, Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung sowie Fortpflanzung.


title: Gehirn

text: Im Gehirn interagieren stark vernetzte Neuronen (siehe Neuronales Netz und Erregungsleitung). Seine Tätigkeit wird in vivo durch die Messung der Gehirnströme per Elektroenzephalografie (EEG) und der vom Gehirn produzierten elektrischen Felder per Magnetoenzephalographie (MEG) untersucht.


title: Gehirn

text: Im Lauf der Evolution hat das Gehirn „höherer“ Tiere ein beachtliches Maß an Differenzierung und innerer Organisation erreicht (Zerebralisation). Das spiegelt sich in der psychischen und körperlichen Entwicklung des Einzelnen wider (siehe Embryologie). Die Struktur und – in geringerem Maß – das Volumen des Gehirns korrelieren mit Lernfähigkeit und Intelligenz. Erst in der Hierarchie des Nervensystems ist die Leistung des Gehirns verständlich.


title: Gehirn

text: Neben den Wirbeltieren besitzen Tintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Im weiteren Sinne ist es die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere, etwa Ringelwürmern oder Insekten. Je nach Gehirntyp handelt es sich um ein Cerebralganglion oder ein Oberschlundganglion. Zwei Gruppen wirbelloser Tiere haben besonders komplizierte Gehirne: Gliederfüßer (Insekten, Krebstiere und andere) und Kopffüßer (Kraken, Tintenfische und ähnliche Weichtiere). Die Gehirne der Gliederfüßer und der Kopffüßer gehen aus zwei nebeneinander liegenden Nervensträngen hervor. Kopffüßer wie der Krake und der Tintenfisch haben die größten Gehirne aller wirbellosen Tiere.


title: Gehirn

text: Das hochentwickelte Gehirn von Wirbeltieren unterscheidet sich deutlich vom Strickleiternervensystem der Gliederfüßer. Bei Insekten zieht sich der Verdauungstrakt direkt durch das vordere Nervensystem (zwischen Tritocerebrum und subösophagealem Ganglion), sodass die Bauchganglien ventral (bauchseitig) des Darmrohrs liegen, während bei Wirbeltieren das Rückenmark dorsal (rückenseitig) des Darms liegt.


title: Gehirn

text: Für eine Gliederung des Gehirns können unterschiedliche Kriterien maßgeblich sein, sodass verschiedene Einteilungen in Hirnbereiche möglich sind, die sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Für eine Gliederung des ausgewachsenen menschlichen Gehirns kann es auch durchaus sinnvoll sein, die aus der Untersuchung seiner Entwicklungsschritte gewonnenen Erkenntnisse zu berücksichtigen.


title: Gehirn

text: Beispielsweise zeigen sich in der ontogenetischen Gehirnentwicklung beim Menschen nach der Neurulation der zentralen Anteile der Neuralplatte zum Neuralrohr als der frühen embryonalen Anlage des Zentralnervensystems im weiteren Verlauf aufeinander folgende Stadien bei der Ausbildung des Gehirns. So bilden sich nach Schluss der vorderen Neuralrohröffnung Ende der vierten Entwicklungswoche zunächst drei sogenannte primäre Hirnbläschen aus dem vorderen Neuralrohrdrittel, die Anlagen von Prosencephalon, Mesencephalon und Rhombencephalon. Sie entwickeln sich verschieden, sodass sich beim über fünf Wochen alten Embryo fünf sekundäre Hirnbläschen unterscheiden lassen – diese führen zur Gliederung des Gehirns in fünf Hauptabschnitte: Telencephalon (Endhirn), Diencephalon (Zwischenhirn), Mesencephalon (Mittelhirn), Metencephalon (Hinterhirn) und Myelencephalon (Markhirn).


title: Gehirn

text: Die Länge aller Nervenbahnen des Gehirns eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 5,8 Millionen Kilometer, das entspricht dem 145-fachen Erdumfang.


title: Gehirn

text: Das Volumen eines menschlichen Gehirns liegt bei einem Mann bei durchschnittlich etwa 1,27 Litern, bei einer Frau bei etwa 1,13 Litern.


title: Gehirn

text: Das Großhirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (Hemisphären) geteilt. Zwischen diesen gibt es eine breite Verbindung aus einem dicken Nervenstrang, Corpus callosum oder Balken genannt, und weitere kleinere Verbindungen.


title: Gehirn

text: Seine 2–4 mm dicke Oberflächenschicht (Großhirnrinde, "Cortex") ist stark gefaltet und fast einen Viertel Quadratmeter groß. Sie enthält etwa 16 Milliarden Nervenzellen, was etwa einem Fünftel der Nervenzellen des gesamten Gehirns entspricht. Unter der Rinde verlaufen Nervenfasern. Ansammlungen von Neuronen sind rosa, die myelinhaltigen Fasern weiß. Im toten Gehirn färben sich die Neuronen grau. Deshalb heißen sie, obwohl sie während des Lebens rosa sind, graue Substanz.


title: Gehirn

text: Auf der Rinde lassen sich die sogenannten "Rindenfelder" lokalisieren, unterschieden zwischen primären Feldern und Assoziationsfeldern. Die primären Felder verarbeiten nur Informationen einer bestimmten Qualität, solche über Wahrnehmungen (Empfindung, zum Beispiel Sehen, Riechen, Berührung) oder über einfache Bewegungen. Die Assoziationsfelder stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab. Die Zuweisung eines Rindenfeldes zu einer bestimmten Funktion wird immer wieder definiert und relativiert. Erst das korrekte Zusammenspiel verschiedener Felder ermöglicht eine Funktion.


title: Gehirn

text: Zu den primären Feldern zählen zum Beispiel der visuelle Cortex, der am hinteren Pol des Gehirns liegt und auf dem die Projektionen der Sehbahn münden, und der auditorische Cortex, der der Verarbeitung akustischer Reize dient und seitlich im Schläfenlappen liegt.


title: Gehirn

text: Assoziative Felder finden sich unter anderem im vorderen Teil des Gehirns. Ihre Aufgaben sind zum Beispiel Gedächtnis und höhere Denkvorgänge.


title: Gehirn

text: Die Rindenfelder und ihre Funktionen können voneinander abgegrenzt werden, indem nach deren Ausfall (zum Beispiel durch Schlaganfall) die Tätigkeit des Patienten oder durch elektrische Stimulation, mikroskopische und andere Techniken das gesunde Gehirn untersucht wird. Neben der Großhirnrinde sind meist andere Hirnregionen an einer bestimmten Funktion beteiligt.


title: Gehirn

text: Der "Thalamus" ist der Vermittler sensorischer und motorischer Signale zum und vom Großhirn. Bei ihm laufen alle Informationen der Sinnesorgane zusammen und werden weiter vermittelt. Er besteht hauptsächlich aus grauer Substanz. Der "Hypothalamus" steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst teils neuronal über das vegetative Nervensystem, teils hormonell über den Blutweg gesteuert. Hypothalamus und Hypophyse (wichtige Hormondrüse des Körpers, die über den Hypophysenstiel mit dem Hypothalamus verbunden ist) sind das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormon- und dem Nervensystem. Das Zwischenhirn ist beteiligt an der Schlaf-Wach-Steuerung (siehe ARAS, Schmerzempfindung, Temperaturregulation).


title: Gehirn

text: Am Kleinhirn lassen sich ebenfalls zwei Hemisphären unterscheiden. Zusätzlich werden weitere Teile abgegrenzt. Es ist zum Beispiel für Gleichgewicht und Bewegungen und deren Koordination verantwortlich. Bei Tieren ist es – im Vergleich zum Großhirn – oft stärker entwickelt als beim Menschen, insbesondere bei Arten mit Flugvermögen oder bei schnellen Räubern.


title: Gehirn

text: Außerdem wird dem Kleinhirn eine Funktion beim unbewussten Lernen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lassen darauf schließen, dass es am Spracherwerb und dem sozialen Lernen beteiligt ist.


title: Gehirn

text: Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns. Er bildet den untersten Gehirnabschnitt und besteht aus auf- und absteigenden Nervenfasern (Weiße Substanz) und Ansammlungen von Neuronen beziehungsweise von Somata (Graue Substanz), morphologisch aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem Nachhirn (auch verlängertes Mark = Medulla oblongata genannt, da zwischen Rückenmark und Brücke gelegen). Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrücke und ausgehende motorische Informationen und ist zudem für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.


title: Gehirn

text: Im "Nachhirn" kreuzen sich die Nervenbahnen der beiden Körperhälften. Außerdem werden hier viele automatisch ablaufende Vorgänge wie Herzschlag, Atmung oder Stoffwechsel gesteuert. Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren, die zum Beispiel Lidschluss-, Schluck-, Husten- und andere Reflexe auslösen. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.


title: Gehirn

text: Nach der Trennung der beiden Evolutionslinien, welche einerseits zum modernen Menschen, dem Neandertaler und dem Denisova-Menschen und andererseits zu den Schimpansen geführt hatten, entstand vor etwa fünf Millionen Jahren das menschenspezifische Gen ARHGAP11B durch eine teilweise Verdopplung (Duplikation) des in der Tierwelt weit verbreiteten Gens ARHGAP11A. Das vom ARHGAP11B-Gen exprimierte Protein (Rho-GTPase-aktivierendes Protein 11B) enthält bei insgesamt 267 Aminosäuren eine Abfolge von 47 Aminosäuren am "C"-Terminus, die ebenfalls für den Menschen spezifisch ist, im ARHGAP11A-Protein nicht vorkommt, und für die Fähigkeit von ARHGAP11B zur Vermehrung von basalen Vorläuferzellen im Neokortex von essentieller Bedeutung ist.


title: Gehirn

text: Dies wird als Teil der Erklärung dafür angesehen, warum der menschliche Neokortex als der evolutionär jüngste Teil der Großhirnrinde etwa dreimal so groß ist wie der Neokortex der Schimpansen. Der entscheidende Effekt einer rasanten Zunahme der Gehirngröße setzte nach Ansicht der Forschenden jedoch erst später – aber schon vor mehr als 500.000 Jahren – mit einer zusätzlichen Punktmutation ein.


title: Gehirn

text: Zwischen Männern und Frauen unterscheidet sich die relative Größe verschiedener Gehirnareale. Am besten erforscht sind hierbei der Hippocampus und die Amygdala.


title: Gehirn

text: Zur Entstehung dieses Dimorphismus gibt es verschiedene Theorien. Zum einen kommt alternatives Spleißen von mRNA in Frage. Zum Beispiel das Spleißen von Kanalproteinen, sodass deren Durchlässigkeit für Ionen verändert ist. Zum anderen sind epigenetische Kontrollmechanismen relevant. Hierzu zählen unter anderem die genomische Prägung und die Histonmodifikation. Zudem wird immer wieder die Frage gestellt, inwiefern die Umwelt Einfluss auf den Dimorphismus hat.


title: Gehirn

text: Ein anderer Erklärungsansatz ist folgender: Geschlechtshormone, wie Testosteron und die Östrogene, wirken nicht nur auf die Keimdrüsen, sondern in vielfältiger Weise auf das gesamte Nervensystem: auf Nervenzellen, Synapsen, Genexpression. Dies gilt für die Zeit der Embryonalentwicklung und während der Kindheit, der Pubertät und im Erwachsenenalter. So bewirken die Geschlechtshormone eine typische männliche beziehungsweise weibliche Entwicklung des Nervensystems. Dies wird zum Beispiel in der "Regio praeoptica" im Hypothalamus sichtbar, die bei jungen Männern im Vergleich zu Frauen vergrößert ist.


title: Gehirn

text: Ein entscheidender Faktor sind vermutlich die Barr-Körperchen, da viele X-chromosomale Gene in den neuronalen Prozessen der Gehirnentwicklung involviert sind. Die Barr-Körperchen entstehen durch zufällige Inaktivierung eines X-Chromosoms bei der Frau. Dies hat zur Folge, dass das weibliche Gewebe und die Organe, inklusive des Gehirns, ein Mosaik darstellen, da in jeder Zelle ein anderes Gen des polymorphen X-Gens exprimiert wird. Auch Ian W. Craig und andere Wissenschaftler vermuten, dass die Differenzen zum großen Teil auf die X-Inaktivierung zurückgehen. So wird heute meist angenommen, dass die unterschiedlichen Geschlechtschromosomen der wichtigste Grund für den Dimorphismus sind. Diese können auf zwei Arten die Entwicklung beeinflussen. Zum einen können die Genprodukte der Chromosomen direkt in den Zellen wirken, in denen sie exprimiert werden. Zum anderen bedingen die Gonosomen die Entwicklung der Gonaden, die die Geschlechtshormone bilden.


title: Gehirn

text: Im Rahmen einer bildgebenden Studie zur Geschlechtsidentität zeigten sich markante Unterschiede zwischen männlichen, weiblichen und transsexuellen Studienteilnehmern im Hinblick auf die Mikrostruktur der weißen Hirnsubstanz. Die Faserverläufe und damit die Struktur der Nervenverbindungen wiesen deutliche Unterschiede auf, bei denen die Ergebnisse der Transgenderpersonen zwischen denen von Männern und Frauen lagen. Dieselbe Studie lieferte Hinweise auf einen engen Zusammenhang zwischen den Faserverläufen und den Blutwerten von Geschlechtshormonen. Diese Befunde stützen die Annahme eines Einflusses der Geschlechtshormone auf die embryonale und frühkindliche Hirnentwicklung.


title: Gehirn

text: Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Energiebedarf. Es macht beim Erwachsenen etwa 2 % der Körpermasse aus, verbraucht mit etwa 20 Watt etwa 20 % des Grundumsatzes, beim Neugeborenen 50 %. Energie gewinnt es aus der aeroben Verbrennung von Glucose, aus Laktat und Ketonkörpern. Glucose kann nicht vollständig durch die anderen Energieträger ersetzt werden. Säuglingsgehirne können unmittelbar nach der Geburt zu einem ganz erheblichen Anteil Ketonkörper zur Energiegewinnung nutzen. Einige Zeit nach Umstellung der Ernährung des Kleinkindes auf kohlenhydratreiche Nahrung wird die dafür erforderliche Enzymproduktion wieder reduziert oder ganz abgebaut und die Fähigkeit zur Ketolyse (zur Nutzung von Ketonkörpern für die Energiegewinnung) geht wieder verloren. Das Verhalten des Blutglucosespiegels im Hungerstoffwechsel lässt vermuten, dass ein vollständig ketolysefähiges Gehirn priorisiert Ketonkörper (vorrangig vor der Glucose, selbst bei ausreichender Glucosezufuhr über das Blut) verarbeitet.


title: Gehirn

text: 90 % der Leistung benötigt die Natriumpumpe, größtenteils im Zusammenhang mit Aktionspotentialen. Da das Gehirn nur geringe, arealabhängige Speicherkapazitäten für Energie besitzt, führt ein Ausfall der Sauerstoff- oder Glucoseversorgung bereits nach zehn Sekunden zu einem Funktionsausfall (Synkope, Ohnmacht) und nach wenigen Minuten zu spezifischen Hirnschäden. Die geringen, auf den ersten Blick evolutionär unverständlichen Reservoirs werden manchmal durch Platzmangel erklärt. Gemäß einer anderen – evolutionären – Erklärung wich die Ernährungsweise der Menschen in der Altsteinzeit sehr stark von der heutigen Zivilisationskost ab, wodurch die Ketolysefähigkeit der damaligen Gehirne zu jedem Zeitpunkt auf natürliche Weise erhalten blieb. Dies wird so erklärt, dass der menschliche Organismus zwar zu viel aus Lebensmitteln aufgenommene Energie letztlich in den Körperfettdepots speichert – bei einer 70 kg schweren, gesunden, schlanken Person liegen 85 % der verwertbaren Körperenergien als Körperfett vor, 14,5 % als Proteine und nur 0,5 % als Kohlenhydrate – aus Fett jedoch kaum noch Glukose herstellen kann: Anteilig nur noch 6 % aus dem Glycerin der Triglyceride, in deren Form Fett im Organismus gespeichert wird. Einige Wissenschaftler nehmen an, dass die fettreichere Ernährung in der Altsteinzeit zum Wachstum des Gehirns des Menschen beitrug.


title: Gehirn

text: Mit der natürlichen Fähigkeit von menschlichen Gehirnen zur Ketolyse begründet sich die Wirksamkeit der ketogenen Diät bei Epilepsie, GLUT1-Defizit-Syndrom und anderen zerebralen Erkrankungen und der Hungerstoffwechsel.


title: Gehirn

text: Seit 1994 ist bekannt, dass die Nervenzellen über die Astrozyten bei Bedarf eine genau bemessene Energiemenge aus dem Blut erhalten, es ist der aktive Vorgang „Energy on Demand“. Die bedarfsabhängige Regulierung der Blutversorgung von Hirnarealen wird als "Neurovaskuläre Kopplung" bezeichnet.


title: Gehirn

text: Durch den ungewöhnlich hohen durchschnittlichen Stoffwechsel im Gehirn besteht auch ein ungewöhnlich hoher Bedarf an biochemischer Abfallbeseitigung. Diese ist hier noch zusätzlich deshalb von erhöhter Bedeutung, da manche Stoffe, insbesondere fehlgefaltete Proteine, typische Gefährdungen des Gehirns beinhalten.


title: Gehirn

text: Erschwert wird die Abfallentsorgung im Gehirn durch die Filtersysteme der Blut-Hirn-Schranke und der Blut-Liquor-Schranke sowie die Aussperrung des lymphatischen Systems. Letzteres reicht von außen nur bis in die Hirnhaut.


title: Gehirn

text: Obwohl es schon seit den 1980er Jahren konkrete Anzeichen für die Existenz eines speziellen Ausschwemmungssystems im Gehirn gab, wurde es erst 2012 mit Hilfe neuartiger Nachweismethoden als eigenständiges internes Kreislaufsystem entdeckt. In Anlehnung an das lymphatische System und wegen der entscheidenden Rolle der Glia (Stützzellen) wurde es „Glymphatisches System“ genannt.


title: Gehirn

text: Durch sehr enge Gefäßräume rund um die Außenwand von Adern, den so genannten "perivaskulären Raum" "(Spatium perivasculare)", gelangt ein kleiner Teil der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) aus dem Zwischenraum zwischen Schädeldecke und Gehirn (Subarachnoidalraum oder "äußerer Liquorraum") in alle Bereiche des Gehirns, wird mit Hilfe der Glia dort verteilt und fließt am Ende – unter Mitnahme von Abfallstoffen – wieder ab zur Gehirnhaut und zum lymphatischen System außerhalb des Gehirns.


title: Gehirn

text: Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt. Seit das Gehirn als Sitz kognitiver Leistung erkannt wurde, wurde es in der Literatur immer mit dem komplexesten verfügbaren technischen Apparat verglichen (Dampfmaschine, Telegraph). So wurde versucht, aus der Funktionsweise von Computern auf die des Gehirns zu schließen. Mittlerweile besteht das Bemühen in der Computational Neuroscience und der bionischen Neuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden oder dadurch auf neue Ideen zur „intelligenten“ Informationsverarbeitung zu kommen (siehe Blue Brain). Es ergibt sich die Perspektive, dass das Gehirn als Struktur für Denk- und Wissensproduktion eine Architektur liefert, die sich zur Nachahmung empfiehlt. Künstliche neuronale Netzwerke haben sich bereits bei der Organisation künstlicher Intelligenzprozesse etabliert.


title: Gehirn

text: Bei Vergleichen mit modernen Computern zeigt sich die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns. Während das Gehirn etwa 10 analoge Rechenoperationen pro Sekunde schafft und dabei etwa 15 bis 20 Watt Leistung benötigt, schafft der Supercomputer BlueGene/L von IBM bis zu 3,6·10 Gleitkommaoperationen pro Sekunde mit doppelter Genauigkeit, wozu jedoch etwa 1,2 Megawatt benötigt werden. Intels erster Teraflop-Chip Prototyp „Terascale“ mit 80 Prozessorkernen schafft hingegen etwa 10 Gleitkommaoperationen mit einfacher Genauigkeit bei 85 Watt (oder 2·10 Gleitkommaoperationen bei 190 Watt und 6,26 GHz), was immer noch dem 50- bis 5000-fachen Energiebedarf entspricht. Zwar erreichen moderne 3D-Grafikkarten vergleichbare Werte bei geringerem elektrischen Leistungsbedarf, Grafikchips sind jedoch stärker auf bestimmte Rechenvorgänge spezialisiert.


title: Gehirn

text: Es ist allerdings zu beachten, dass die hohe Rechenleistung des Gehirns vor allem durch seine vielen parallelen Verbindungen (Konnektivität) und nicht durch eine hohe Geschwindigkeit bei den einzelnen Rechenvorgängen (Taktfrequenz) erzielt wird. Künstliche Neuronen arbeiten 100.000-mal schneller als Neuronen des menschlichen Gehirns.


title: Gehirn

text: Zusätzlich zur Parallelisierung stellt ein neuronales Netzwerk gleichzeitig eine Speicher- und eine Verarbeitungslogik dar, während diese bei Computern, die auf der Von-Neumann-Architektur basieren, getrennt sind. Dies bewirkt, dass in einem einfachen neuronalen Netzwerk mit jedem Taktzyklus der gesamte Speicher aktualisiert wird, während ein Computer den Inhalt des Speichers schrittweise aktualisieren muss.


title: Gehirn

text: Rechenvorgänge, die auf einem Computer effizient ablaufen, sind meistens nicht effizient in einem neuronalen Netzwerk abbildbar und umgekehrt. Aufgrund der Ineffizienz bestehender Computerarchitekturen für bestimmte Aufgaben, wie beim Sehen, werden neuronale Netzwerke, wie dasjenige des Neocortex, durch Neuromorphing nachgebildet.


title: Gehirn

text: Im März 2009 bildeten künstliche neuronale Netzwerke im Rahmen des FACETS-Projekts 200.000 künstliche Neuronen mit 50 Millionen künstlichen Synapsen auf einem einzelnen 8 Zoll (20,32 cm Diagonale) großen Computerchip ab. Im Juli 2014 stellte IBM TrueNorth vor, welcher 1 Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen auf einem Chip mit einer TDP von 70 mW, oder 16 Millionen Neuronen mit 4 Milliarden Synapsen in einem einzelnen Rack integriert.


title: Gehirn

text: Die Ansicht, das Gehirn als ein „Hypothesengenie“ oder eine „Vorhersagemaschine“ zu sehen, hatte bereits Hermann von Helmholtz, da andere Ansätze, das Gehirn künstlich nachzuempfinden, zu bisher unlösbaren Problemen führten und scheiterten. Der Ansatz geht davon aus, dass das Gehirn Hypothesen bildet und alle Eindrücke und Wahrnehmungen in die gespeicherten Muster einbaut und vergleicht. Wenn das Wahrgenommene nicht mehr auf die einzelne Hypothese passt, wird diese verworfen und nach Bedarf eine neue erstellt. Dies zeige sich klassisch bei der Interpretation von Kippfiguren.


title: Gehirn

text: Während das Gehirn einer Ratte etwa 200 Millionen Neuronen enthält, besitzt das eines Menschen neueren Untersuchungen zufolge durchschnittlich etwa 86 Milliarden Nervenzellen. Davon liegen etwa 16 Milliarden Neuronen in der Großhirnrinde "(Cortex cerebri)", etwa 69 Milliarden im Kleinhirn "(Cerebellum)" und rund 1 Milliarde in den restlichen Hirnregionen (von Hirnstamm, Zwischenhirn und Basalganglien).


title: Gehirn

text: Miteinander verbunden sind Neuronen über Synapsen, im menschlichen Hirn geschätzt rund 100 Billionen, sodass durchschnittlich eine Nervenzelle mit 1000 anderen verbunden wäre und von jedem anderen Neuron aus in höchstens vier Schritten erreicht werden könnte. Doch gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert, denn nicht die Dichte, sondern das Muster von neuronalen Verknüpfungen ist für neurale Funktionen entscheidend. Ein häufiges Organisationsprinzip des Gehirns ist die Abbildung von Nachbarschaftsverhältnissen: was nebeneinander im Körper liegt, wird in Hirnarealen oft nebeneinander repräsentiert (Somatotopie).


title: Gehirn

text: Obwohl ausschließlich die Nervenzellen Erregungen als neuronale Impulse leiten und an Synapsen über Neurotransmitter als Signal weitergeben, spielen die sie umgebenden Gliazellen dabei keine unwesentliche Rolle. Die insgesamt etwa ebenso häufigen, meist kleineren Gliazellen ermöglichen Nervenzellen eine rasche Erregungsleitung und störungsfreie Signalübertragung, nehmen ausgeschüttete Botenstoffe auf, sorgen für die Bereitstellung von Nährstoffen und sind an den physiologischen Barrieren der Blut-Hirn- und der Blut-Liquor-Schranke beteiligt. Im sich entwickelnden Gehirn, und in sich weiterentwickelnden Hirnregionen, nehmen sie Einfluss auf die Ausbildung, Stabilität und Gewichtung der synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen; bei Schädigungen peripherer Nerven bilden sie eine zur Wiederherstellung nötige Leitstruktur.


title: Gehirn

text: Der ehemalige US-Präsident Barack Obama hat zu Beginn seiner zweiten Amtszeit Planungen für ein sehr großes Forschungsprojekt namens Brain Activity Map Project bekanntgegeben, im Zuge dessen das menschliche Gehirn komplett kartiert werden soll. Dies wäre das größte wissenschaftliche Vorhaben seit vielen Jahren (das letzte war das Human Genome Project). Experten hoffen auf Therapien gegen Alzheimer-Krankheit und Parkinson sowie auf Erkenntnisse über menschliches Denken und Fühlen. Erste Ansätze wurden im Juli 2012 in der Fachzeitschrift "Neuron" veröffentlicht.<ref name="DOI10.1016/j.neuron.2012.06.006">A. Paul Alivisatos, Miyoung Chun, George M. Church, Ralph J. Greenspan, Michael L. Roukes, Rafael Yuste: "The Brain Activity Map Project and the Challenge of Functional Connectomics." In: "Neuron." Band 74, 2012, S. 970–974, .</ref>


title: Gehirn

text: Das US-Projekt ist nicht mit dem Human Brain Project zu verwechseln, das im Februar 2013 durch die EU gestartet wurde. Eine Jury hatte die Erforschung des Gehirns ebenfalls als ein Schlüsselprojekt der Zukunft ausgewählt; gefördert wird es mit einer Milliarde Euro.


title: Gehirn

text: 2008 wurden auf dem Gelände der University of York (England) die Überreste eines 2500 Jahre alten menschlichen Schädels gefunden, dessen Gehirn überwiegend erhalten ist. Forscher vermuten, dass das Gehirn des wahrscheinlich 26–45 Jahre alten Mannes unter anderem deswegen bis heute so gut erhalten blieb, weil der Kopf – ein Körper wurde nicht gefunden – seinerzeit unmittelbar nach dem Tod in nasser Lehmerde begraben wurde. Eine vollständige Klärung, warum das Gehirn nicht schon längst zerfallen ist, konnte bislang nicht gefunden werden.


title: Gehirn

text: Die Neurolinguistik untersucht, wie Sprache durch das Gehirn dargestellt, aufgearbeitet und erlernt wird.


title: Computertomographie

text: Die Computertomographie bzw. Computertomografie (von und ), Abkürzung "CT", ist ein bildgebendes Verfahren in der Radiologie. Alternative Bezeichnungen sind CT-Scan, CAT-Scan (von ' oder ")" oder Schichtröntgen.


title: Computertomographie

text: Im Gegensatz zur Röntgentomographie wird bei der Computertomographie ein Computer benutzt, um aus den Absorptionswerten von Röntgensignalen, die aus verschiedenen Richtungen durch den Körper treten, digital Schnittbilder zu errechnen.


title: Computertomographie

text: Obgleich die ersten Geräte im Jahre 1972 nur eine – im Vergleich zu heutigen Geräten – sehr eingeschränkte Funktionalität aufwiesen, wurde die Computertomographie sofort akzeptiert, denn die Bilder bieten im Gegensatz zu einer normalen Röntgenaufnahme eine überlagerungsfreie Darstellung der Körperstrukturen. Außerdem konnten erstmals Gewebearten mit unterscheidender Schwächung für Röntgenstrahlung dargestellt werden, was bis dahin nur sehr eingeschränkt möglich war.


title: Computertomographie

text: Beim herkömmlichen Röntgenverfahren wird das abzubildende Objekt von einer Röntgenquelle durchleuchtet und auf einem Röntgenfilm abgebildet. Es entsteht eine Projektion des Volumens auf eine Fläche. In Strahlrichtung hintereinander liegende Bildteile des durchleuchteten Körpers überlagern sich zwangsläufig. Dadurch kann beispielsweise nicht unterschieden werden, ob die im Röntgenbild sichtbare Schwächung (helle Bereiche im Bild) durch ein Material höherer Absorption oder durch eine größere Schichtdicke hervorgerufen wurde (siehe Lambert-Beersches Gesetz).


title: Computertomographie

text: In der Computertomographie werden Absorptionsprofile des Objekts aus vielen Richtungen erstellt und daraus die Volumenstruktur rekonstruiert. Im Gegensatz zum klassischen Röntgen bestehen die gemessenen Daten nicht aus einem zweidimensionalen Bild, sondern sind ein eindimensionales Absorptionsprofil. (In heutigen Geräten werden bei einem Röhrenumlauf jedoch mehrere, bis zu 320 derartige Zeilen ausgelesen.)


title: Computertomographie

text: Erst durch die computergestützte Bildrekonstruktion, die heute häufig mit dem Algorithmus der gefilterten Rückprojektion erfolgt, kann für jedes Volumenelement des Objektes (sog. Voxel, entspricht einem dreidimensionalen Pixel) der Absorptionsgrad ermittelt und das Bild errechnet werden.


title: Computertomographie

text: Das errechnete Bild ist ein Transversalschnitt durch das Untersuchungsobjekt. Mit mehreren aufeinander folgenden Röhrenumläufen lassen sich angrenzende Schnitte erzeugen. Volumengrafiken setzen sich aus mehreren Dutzend, bis zu mehreren hundert Einzelschnitten zusammen.


title: Computertomographie

text: Für die Bildentstehung beim Computertomographen ist ein Computer zwingende Voraussetzung, da das Bild nicht wie beim klassischen Röntgenverfahren unmittelbar entsteht, sondern erst aus den gemessenen Daten errechnet werden muss. Für die Berechnung eines CT-Bildes sind Projektionen nötig, die mindestens eine 180°-Rotation um das abzubildende Objekt abdecken.


title: Computertomographie

text: Jeder CT-Scanner besitzt einen kurzen Ringtunnel, auch Gantry genannt, sowie einen elektromotorisch beweglichen Tisch, auf dem der Patient bzw. das Untersuchungsobjekt liegt. Im Rahmen der Untersuchung wird das zu untersuchende Körperteil oder Objekt parallel zum Aufnahmeprozess durch diesen Tunnel gefahren. Für die Erzeugung der Hochspannung, Berechnung der Daten und Steuerung des Gerätes sind meist noch ein oder mehrere Schaltschränke vorhanden, die jedoch variabel platzierbar sind. Sie können sich im Untersuchungsraum, im Bedienraum oder in einem getrennten Raum befinden. Außerhalb des Untersuchungsraumes befindet sich die Bedienkonsole, mit der das Personal den Ablauf der Untersuchung steuert.


title: Computertomographie

text: Die mathematischen Grundlagen der heute genutzten Computertomographie wurden 1917 durch den österreichischen Mathematiker Johann Radon entwickelt. Die Radontransformation bildet die Grundlage zur Berechnung räumlicher Aufnahmen eines Objektes und seiner von Röntgenstrahlen durchdringbaren Innenstruktur mit Hilfe der gefilterten Rückprojektion.


title: Computertomographie

text: In den 1930er Jahren wurden im Rahmen der konventionellen Radiologie tomographische Verfahren entwickelt.


title: Computertomographie

text: Allan M. Cormack erarbeitete zwischen 1957 und 1963 Studien über die Absorption von Röntgenstrahlung durch menschliche Gewebe und entwickelte unabhängig von Radons Arbeiten dazu passende mathematische Methoden; er postulierte darauf aufbauend, dass auch geringe Absorptionsunterschiede darstellbar seien. Wie sich Cormack 1992 erinnerte, musste er das mathematische Problem allerdings selbst lösen, da er erst 1972 durch Zufall von Radons grundlegender Arbeit erfuhr. Im Rahmen seiner Nachforschungen entdeckte er auch, dass Radon seinerseits auf Vorarbeiten von Hendrik Antoon Lorentz hätte zurückgreifen können, die ihm aber ebenfalls nicht bekannt waren. Unter anderem in Ermangelung eines Computers konnte Cormack seine Ideen jedoch nicht in Form konkreter Apparaturen umsetzen.


title: Computertomographie

text: Erst der bei EMI angestellte Elektrotechniker Godfrey Hounsfield realisierte im Jahr 1969 Prototypen und brachte sie zur Marktreife. Er kannte die Vorarbeiten von Cormack nicht und musste die Algorithmen für die Bildrekonstruktion ebenfalls aufwändig selbst entwickeln.


title: Computertomographie

text: Bei Hounsfields ersten Laborgeräten wurde im Jahr 1969 noch eine Isotopenquelle als Strahlenquelle verwendet, und die Abtastzeit betrug neun Tage. Cormack und Hounsfield erhielten für ihre Arbeiten 1979 gemeinsam den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.


title: Computertomographie

text: Nach einer Reihe von Tieruntersuchungen zum Beleg der Unbedenklichkeit wurde die erste CT-Aufnahme an einem Menschen im Jahr 1971 aufgenommen. Schon 1972 wurde der erste kommerzielle Computertomograph, der EMI Mark 1, für die klinische Anwendung im Londoner Atkinson Morley Hospital installiert.


title: Computertomographie

text: Ende 1974 hatte EMI 60 derartige Scanner verkauft und installiert. In Deutschland wurde 1976 im Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg unter der Leitung von Walter Lorenz der erste Ganzkörper-Computertomograph in Betrieb genommen.


title: Computertomographie

text: Die Geschichte der Computertomographie ist voller Innovationen, die alle Teilbereiche des Gerätes betreffen. Sie betreffen die Anordnung und Bauart von Gantry, Röhre und Detektor, aber auch die für die Bildrekonstruktion verwendeten Algorithmen. Die Entwicklungsschritte waren insbesondere in den Anfangsjahren der Computertomographie groß und zielten in dieser Zeit vor allem auf eine Verkürzung der Untersuchungszeit ab.


title: Computertomographie

text: Die Änderungen der Art der Datenerfassung (Anordnung, Bewegung und Bauart von Röhre und Detektor) waren so fundamental, dass sie mit dem Begriff „Gerätegeneration“ beschrieben wurden. Diese Zählung endete jedoch mit der fünften Generation. Praktisch alle heute auf dem Markt angebotenen Computertomographen für die Diagnostik am Menschen sind "Rotate-Rotate-Geräte", also Geräte der dritten Generation.


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text: Auch bei den CTs der 3. Generation waren Röhre und Detektor anfangs über Kabel mit der Gantry verbunden, weswegen nach einer erfolgten 360°-Umdrehung die Röhre zurückgedreht werden musste. Die kürzeste mögliche Aufnahmezeit betrug mit dieser Technik bei den schnellsten Geräten zwei Sekunden. Kliniker wünschten jedoch noch schnellere Aufnahmen und so kamen die ersten Computertomographen mit Schleifringtechnologie auf den Markt.


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text: Die ersten „Dauerrotierer“ wurden im Jahr 1987 von den Firmen Siemens (Somatom Plus) und Toshiba (TCT 900S) auf den Markt gebracht. Die kürzeste Zeit für eine volle 360°-Umdrehung lag bei diesen Geräten bei etwa einer Sekunde.


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text: In der Anfangszeit der Computertomographie wurde ausschließlich axial gescannt. Bei diesem Aufnahmeverfahren wurde der Tisch nach jeder vollen 360°-Rotation der Röhre um den Patienten ein klein wenig verschoben. Der Verschiebeweg war so groß wie die gewählte Schichtdicke, also ca. 5–15 mm. Zum Verfahren des Tisches war mehr als genug Zeit, da sich die Röhre in Gegenrichtung zurückdrehen musste, schließlich waren Röhre und Detektorsystem über Kabel mit der Gantry verbunden. Jedoch wurde dieser Modus auch nach Einführung der „Dauerrotierer“ im Jahr 1987 zunächst beibehalten. Damit fiel lediglich das Zurückdrehen der Röhre weg. Eine Aufnahme bestand also aus einer kontinuierlichen Röhrenrotation bei schrittweisem Tischvorschub, der nach jeder vollen Röhrenumdrehung erfolgte. Ein Spiralmodus, bei dem sich sowohl Röhre wie auch Detektorsystem kontinuierlich bewegen, war zwar verschiedentlich diskutiert und publiziert worden, aber die Mehrheit der Hersteller lehnte eine derartige Aufnahmetechnik ab. Eine Verschiebung des Patienten während der Röhrenrotation galt als Quelle schwerer Bildartefakte und die Spiral-CT wurde spöttisch als „Methode zur Erzeugung von Artefakten in der CT“ bezeichnet.


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text: Dennoch führte der deutsche Physiker Willi A. Kalender im Jahr 1989 die Spiral-CT erfolgreich ein. Das erste Gerät, das in diesem Modus arbeitete, war der Siemens Somatom Plus. Die gefürchteten Artefakte konnten mit dem Algorithmus der „Z-Interpolation“ beseitigt werden. Innerhalb von zwei Jahren brachten auch alle anderen großen CT-Hersteller Geräte heraus, die im Spiral-Modus arbeiten, das Verfahren war akzeptiert. Die schnelle Verbreitung war möglich, da zur damaligen Zeit Algorithmen nicht patentierbar waren, die Z-Interpolation daher von allen Herstellern übernommen werden konnte. Alle heutigen Geräte arbeiten im Spiralverfahren, bei dem der Patient mit konstanter Geschwindigkeit entlang seiner Längsachse durch die Strahlenebene bewegt wird, während die Strahlenquellendetektoreinheit mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotiert. Je nach Gerät können mehrere Axialebenen – 2 bis maximal 320 – (Toshiba, Stand 2009) gleichzeitig eingelesen werden ("Mehrschicht-" oder "Multislice"-Verfahren / Mehrschicht- oder Mehrzeilenspiralcomputertomographie [MSCT]). Dadurch ist das Verfahren schneller und es lassen sich Bewegungsartefakte (z. B. durch die Atmung) reduzieren. Neben der hohen Geschwindigkeit ist ein weiterer Vorteil der modernen Mehrschicht-Spiral-CT die Gewinnung von Datensätzen mit isotropen Voxeln. Isotrope Voxel haben die Form von Würfeln. Dadurch ist eine multiplanare Reformation in beliebigen Bildebenen (axial, sagittal, koronal) ohne einen Verlust an (Detail-)Auflösung oder auch eine schräge ("oblique") und gekrümmte ("curved") sowie eine qualitativ hochwertige 3D-Rekonstruktion möglich. In Spiral-CTs werden Hochleistungs-Drehanodenröhren verwendet.


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text: Die Firma Elscint stellte im Jahr 1992 als erster Hersteller einen Computertomographen der dritten Generation vor, der bei einem Röhrenumlauf zwei Schnitte gleichzeitig aufnahm. Alle anderen Hersteller klinischer CTs zogen nach und die Schichtzahl verdoppelte sich auf 4 im Jahr 1998, wuchs über 6 und 8 Zeilen auf 16 im Jahr 2001, weiter auf 20, 32 und 40 Zeilen auf 64 im Jahr 2006 und erreichte mit 640 (320 Zeilen, doppelt ausgelesen) gleichzeitig akquirierbaren Bildzeilen beim "Toshiba Aquilion ONE" im Jahr 2011 bis heute ihren Gipfel. Die entscheidenden Vorteile der Mehrschicht-Systeme liegen in der reduzierten Scanzeit, der Verringerung der Schichtdicke und der Erhöhung der Scanlänge.


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text: Ein "Dual-Source-Computertomograph" wurde 2005 von Siemens vorgestellt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Computertomographen arbeiten im Dual-Source-Computertomographen zwei rotierende, um 90 Grad versetzt angeordnete Röntgenstrahler gleichzeitig. Damit kann die Aufzeichnungszeit halbiert werden, was besonders für die Herzbildgebung nützlich ist. Die beiden Röhren können mit unterschiedlicher Spannung betrieben werden.


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text: Das in der Fotografie für die Bildgebung verwendete sichtbare Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlänge; analog besteht das für die Computertomographie verwendete Röntgenspektrum einer Röntgenröhre ebenfalls aus elektromagnetischen Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge. Konventionelle Computertomographen quantifizierten die Schwächung des gesamten einfallenden Röntgenspektrums; die unterschiedliche Absorptionscharakteristik eines Gewebes für unterschiedliche Wellenlängen bleibt dabei unberücksichtigt.


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text: Die Schwächungseigenschaften von Geweben und Kontrastmittel sind von der Photonenenergie der verwendeten Röntgenstrahlung abhängig. Da im CT-Bild die Hounsfield-Werte von Kontrastmittel denen von Kalzifikationen ähneln, ist beispielsweise die Differenzierung zwischen Koronarkalk und Kontrastmittel im konventionellen CT-Bild bisweilen schwierig. Da Kontrastmittel im niederenergetischen Spektrum aber eine deutlich höhere Absorption als im höherenergetischen Spektralbereich zeigt, kann mit Hilfe der Multi-Energy-Computertomographie eine Differenzierung zwischen Kalk, bzw. Knochen und Kontrastmittel erfolgen. Knochen und Kalk können so einfach und zuverlässig aus dem Bild entfernt werden, wenn sie die Darstellung und Befundung anderer Bereiche behindern. Da sich mit der Zwei-Spektren-CT auch die Zusammensetzung des untersuchten Gewebes analysieren lässt, ist eine Charakterisierung von Nierensteinen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung möglich. Mit dieser Technologie können auch Blutungen besser beurteilt und die Perfusion des Myokard dargestellt werden.


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text: In den 1990er Jahren bot die Firma Siemens mit dem Somatom DR ein Gerät an, mit dem zwei Aufnahmen, die mit unterschiedlichen Strahlenspektren gewonnen, überlagert und ausgewertet werden konnten. Dieses, von Siemens „Zwei-Spektren-CT“ genannte Verfahren, erlaubte schon damals, präzise Knochendichtemessungen durchzuführen, sowie Bilder zu errechnen, die aussahen, als wären sie mit monochromatischer Röntgenstrahlung erstellt worden. Außerdem waren sie vollkommen frei von Artefakten, die durch Strahlaufhärtung verursacht werden. Das Verfahren setzte sich jedoch nicht durch. Es führte zu doppelter Strahlenbelastung und doppelter Untersuchungszeit, was als dem klinischen Gewinn nicht angemessen betrachtet wurde.


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text: Geräte von Siemens, General Electric und Toshiba boten im Jahr 2013 die Möglichkeit der Zwei-Spektren-CT.


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text: Die Umsetzung dieser Technik variiert heute (2018) je nach Preissegment und Hersteller. Es gibt Lösungen, bei denen zwei Röntgenröhren verwendet werden, die mit unterschiedlichen Spannungen angesteuert werden, Lösungen, wo hintereinander derselbe Abschnitt mit derselben Röhre, aber unterschiedlichen Röhrenspannungen aufgenommen wird und Lösungen, bei denen die Röntgenröhre während eines Umlaufs im Millisekundenbereich schnell zwischen zwei Röhrenspannungen umschaltet.


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text: Eine dritte Variante stellt der sogenannte „Spektral-CT“ dar. In diesem Fall wird ein spezieller Yttrium-Detektor verwendet, welcher zwei Energie-Niveaus gleichzeitig auswertet. Der Vorteil hierbei liegt in der permanenten Verfügbarkeit von multienergetischen Datensätzen, sowie der geringeren Patientendosis im Vergleich zu Systemen mit 2 Röhren, da lediglich eine Strahlungsquelle verwendet wird. Des Weiteren wird damit der zeitliche Versatz bei der Aufnahme der unterschiedlichen Energieniveaus eliminiert. Derzeit ist Philips der einzige Anbieter der diese Technologie am Markt anbietet.


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text: Vom CT aufgenommene Rohdaten wurden mit Ausnahme der allerersten Geräte (EMI Mark1) durchgängig mit Hilfe der gefilterten Rückprojektion in Schnittbilder umgerechnet. Mit erheblich rechenintensiveren iterativen Bildrekonstruktionsalgorithmen kann die für eine Untersuchung nötige Strahlendosis bei gleichbleibender Bildqualität jedoch um 30 bis 60 % gesenkt werden. Bei GE wird der Algorithmus ASIR (Adaptive Statistical Iterative Reconstruction) bzw. MBIR (Model based iterative Reconstruction) genannt; ASIR ist seit dem Jahr 2009 in kommerziell erhältlichen Geräten verfügbar, MBIR noch in Entwicklung; Philips nennt seinen Algorithmus iDose bzw. IMR, bei Siemens wird er IRIS (Iterative Reconstruction in Image Space) genannt und bei Toshiba AIDR (Adaptive Iterative Dose Reduction). In ersten Studien konnten durch ASIR Untersuchungen mit im Mittel 2,6 mSv anstatt wie bisher 3,8 mSv durchgeführt werden. Laut Herstellerangaben ist das Potential des Verfahrens bislang (Stand 2010) noch nicht voll ausgenutzt; die Strahlenbelastung kann künftig bei gleichbleibender Bildqualität durch Einsatz von erheblich mehr Rechenleistung nochmals weiter reduziert werden.


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text: Seit dem Jahr 2019 ist auch eine KI-basierte Bildrekonstruktion verfügbar. Herstellerseitig wird mit einer gegenüber teiliterativer Verfahren reduzierten Strahlendosis bei verringertem Rauschen und verbesserter Detailauflösung geworben. Mit Hilfe dieses Algorithmus sei es möglich, die Bildqualität einer modellbasierten Rekonstruktion (MBIR) bei der Rekonstruktionsgeschwindigkeit eines teiliterativen Verfahrens zu erhalten.


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text: Seit den 1990er Jahren wurden neben den ursprünglich fest installierten Geräten (englisch "Fixed CT Scanners") mit separaten Räumen für die Rechentechnik, eigener Stromversorgung und großen mit Blei ausgekleideten Zimmern auch mobile Geräte entwickelt (englisch "Mobile CT Scanners"). Diese sind wesentlich kleiner und leichter, haben eingebaute Blei-Abschirmungen und werden über Akkumulatoren oder Standard-Stromversorgungen betrieben. Sie werden zum Beispiel auf Lastwagen oder Anhängern transportiert.


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text: Im November 2008 wurde am Universitätsklinikum des Saarlandes eine "Mobile Stroke Unit" als weltweit erstes Rettungsfahrzeug mit integriertem CT für die prähospitale Schlaganfallbehandlung in Betrieb genommen. Seit Februar 2011 wird im "Stroke-Einsatz-Mobil" ("STEMO") der Berliner Feuerwehr im Rahmen eines Projekts der Schlaganfallforschung ein in ein Feuerwehrfahrzeug eingebautes Gerät genutzt.


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text: Bei aktuell eingesetzten Geräten (Stand 2021) treffen die Röntgenphotonen (nachdem sie den Patienten durchflogen haben) auf einen Kristall (z. B. aus Gadolinium-Oxysulfid), in dem sie in Photonen des sichtbaren Lichts umgewandelt werden. In einer weiteren Stufe werden sie vervielfältigt (Photomultiplier) und treffen anschließend auf eine Photodiode, welche das Licht in ein elektrisches Signal umwandelt, was dann ausgewertet wird. Das elektrische Signal entspricht dabei einer Integration über alle Photonen (Energie-integrierender Detektor), so dass Informationen zum Energiegehalt der einzelnen Photonen verloren gehen. Bei einem quantenzählenden bzw. Photonen-zählenden Detektor entfällt der Umwandlungsschritt. Die Röntgen-Photonen werden in den Halbleiter-Detektoren (z. B. aus Cadmiumtellurid) direkt in einen elektrischen Strom umgewandelt, so dass die Information über ihren Energiegehalt erhalten bleibt. Vorteile dieses Ansatzes sind eine höhere räumliche Auflösung sowie eine niedrigere Röntgendosis. Durch einen geeigneten Schwellwert für die Energie der Photonen kann elektronisches Rauschen weitgehend rausgefiltert werden, was sich vor allem bei Untersuchungen mit niedriger Strahlendosis bemerkbar macht. Durch die Möglichkeit, die Energie der einzelnen Photonen zu kennen, ist eine Multispektral-Untersuchung ohne zusätzliche Röntgenröhre möglich.


title: Computertomographie

text: Die Computertomographie wird in vielen Bereichen eingesetzt. Für die Untersuchung von Bäumen, zur zerstörungsfreien Untersuchung von archäologischen Funden wie Mumien oder auch von Musikinstrumenten, zur Materialprüfung in der industriellen Computertomographie oder zur Diagnostik von Tiererkrankungen in der Veterinärmedizin.


title: Computertomographie

text: Der CT gehört heute zum wichtigsten Arbeitsmittel des Radiologen, mit dem eine Vielzahl von Erkrankungen diagnostiziert werden kann. 2009 erhielten in Deutschland rund 4,88 Millionen Menschen mindestens eine Computertomographie. Das Verfahren kann überall dort eingesetzt werden, wo ein Leiden bzw. Erkrankungsbild zu einer Veränderung in der Struktur des Körpers führt. Es können damit sehr sicher Knochenbrüche, Blutungen, Blutergüsse, Schwellungen (z. B. von Lymphknoten) und oft auch Entzündungen diagnostiziert werden. Da es überdies auch ein recht schnelles Bildgebungsverfahren ist, sind Computertomographen fast ausnahmslos auch in der Nähe der Notfallaufnahme eines Unfallkrankenhauses zu finden.


title: Computertomographie

text: Weichteilorgane, Nervengewebe, Knorpel und Bänder sind gut in der CT beurteilbar. Die Darstellung dieser Gewebegruppen ist jedoch eine klare Stärke der Kernspintomographie, weshalb bei diesen Organgruppen betreffenden Fragestellungen diesem – teureren und deutlich zeitaufwändigeren, dafür aber röntgenstrahlungsfreien – Verfahren oftmals der Vorzug gegeben wird.


title: Computertomographie

text: Tumoren und Metastasen von Krebserkrankungen können prinzipiell auch erkannt werden. Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass sich ein Tumor zwar als Raumforderung darstellt, jedoch im Bild nicht sichtbar ist, ob die Ursache dieser Raumforderung tatsächlich ein Tumor (bzw. Metastase) ist. Es ist möglich, dass ein vergrößerter Lymphknoten von Metastasen des Tumors befallen oder aber nur entzündet ist. Ebenso ist zwar ein Tumor in seiner Gestalt bisweilen gut erkennbar, aber es ist nicht erkennbar, ob nach einer stattgehabten Therapie (Chemotherapie oder Strahlentherapie) das im Bild dargestellte Tumorgewebe noch vital ist (also lebt) oder bereits aufgrund der Therapie abgestorben ist. Ebenso sind kleine Metastasen und Tumoren oftmals leicht zu übersehen bzw. können nicht hinreichend sicher von normalen Gewebestrukturen unterschieden werden. Die Kombination aus Computertomographie und Positronen-Emissions-Tomographie, die sogenannte PET/CT brachte für die Diagnostik in der Onkologie daher große Fortschritte. Die PET ergänzte, was die CT nicht liefern konnte – und umgekehrt.


title: Computertomographie

text: Außer in der Medizin wird die Computertomographie auch in materialwissenschaftlichen Themengebieten eingesetzt. Da in diesem Fall häufig Materialien durchdrungen werden müssen, die eine stärkere Absorption als in der Medizin aufweisen, z. B. Metallgehäuse, werden in der Materialwissenschaft häufig höhere Strahlungsenergien verwendet.


title: Computertomographie

text: Die Röntgen-CT wird in geologischen Studien verwendet, um Materialien in einem Bohrkern schnell zu identifizieren. Dichte Mineralien wie Pyrit und Baryt erscheinen heller und weniger dichte Bestandteile wie Ton erscheinen in CT-Bildern schwach durchsichtig.


title: Computertomographie

text: Vor jeder Aufnahme wird grundsätzlich eine Übersichtsaufnahme aufgenommen. Hierbei steht die Röntgenröhre still. Der Patient wird mit Hilfe des verfahrbaren Tisches am Fächerstrahl der Röhre vorbeigefahren. Im Ergebnis erhält man ein Bild, das einer klassischen Röntgenaufnahme sehr ähnlich sieht. Dieses Bild dient jedoch nur der Planung anschließender Aufnahmen.


title: Computertomographie

text: Bis Mitte der 1990er Jahre war die rein axiale Aufnahme die einzig mögliche Aufnahmeart. Die Röhre drehte sich bei still stehendem Tisch um eine volle 360°-Drehung um den Patienten. Im Anschluss wurde der Tisch verfahren und die nächste Schicht aufgenommen. Jeder klinische CT verfügt bis heute über diesen Modus, da er ein besseres Schichtempfindlichkeitsprofil und damit eine bessere Detailerkennbarkeit bietet. Er wird allerdings mittlerweile selten eingesetzt.


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text: Bei der CT-Fluoroskopie wird auch axial gescannt; es wird an einer bestimmten Position in Zeitintervallen akquiriert. Die Aufnahmeart wird verwendet, um z. B. bei einer Punktion die Biopsienadel zu führen.


title: Computertomographie

text: Genauso wie bei der CT-Fluoroskopie wird bei der dynamischen CT wiederholt an derselben Position aufgenommen. Aus der Bildfolge kann der zeitliche Verlauf eines physiologischen Vorgangs ermittelt werden. Dies ist meist die Anflutung von CT-Kontrastmittel. Aus der Geschwindigkeit, mit der sich das Kontrastmittel im Untersuchungsbereich verteilt, kann die Durchblutung eines Organes oder Organteils bestimmt werden. Zur Visualisierung kann die Bildfolge als Kino-Sequenz dargestellt werden.


title: Computertomographie

text: Seit Ende der 1990er Jahre kann die Anatomie des Herzens auch mit Hilfe von Mehrzeilen-CTs dargestellt werden. Bei der Computertomographie des Herzens kann sowohl der axiale als auch der Spiralmodus eingesetzt werden. Das Herz ruht zwar während ca. 70 % der Herzschlagphase, Arrhythmien und Extrasystolen können eine Aufnahme dennoch unbrauchbar machen. Bei den meisten heutigen CTs (2011) muss eine vollständige Aufnahme des Herzens aus Bilddaten zusammengesetzt werden, die im Verlauf von fünf bis zehn Herzschlägen gewonnen wurden.


title: Computertomographie

text: Die heute (2011) mit Abstand häufigste Aufnahmetechnik ist die sequenzielle Aufnahme im Spiralmodus. Sie kann mit oder ohne gleichzeitigem Einsatz von Kontrastmittel durchgeführt werden.


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text: Für eine CT-Untersuchung wird in der Regel wenig Zeit benötigt, da die Technik heute sehr ausgereift und schnell ist. Eine Routineuntersuchung kann in 3 bis 10 Minuten bequem durchgeführt werden.


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text: Der Großteil aller Untersuchungen wird mit Hilfe eines jodhaltigen Kontrastmittels durchgeführt, das intravenös injiziert wird. Da Kontrastmittel Röntgenstrahlung stärker als Wasser schwächt, lässt es – da es sich im Blut befindet – Blutgefäße und gut durchblutete Areale heller erscheinen, die sich damit von nicht bzw. wenig durchbluteten Arealen abheben. In seltenen Fällen kann es jedoch zu Komplikationen führen.


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text: Vor einer geplanten CT-Untersuchung werden daher vom Radiologen meist zwei Werte der Laboruntersuchung des Blutes verlangt. Es sind dies der Kreatinin- und der Thyreotropin-Wert oder kurz der „Krea- und TSH-Wert“.


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text: Im Falle eines bestehenden Jodmangels versucht die Hypophyse, den dadurch verursachten Thyroxin-Mangel (Jod ist für die Thyroxin-Bildung essenziell) durch eine verstärkte Ausschüttung von TSH zu kompensieren. Die Gabe des jodhaltigen Kontrastmittels würde in einer solchen Situation zu einer schlagartig ansteigenden Thyroxinproduktion führen und eine plötzliche Hyperthyreose, im schlimmsten Fall eine thyreotoxische Krise auslösen. Ein erniedrigter TSH-Wert deutet auf Hyperthyreose hin und muss daher vor der Kontrastmittelgabe weiter untersucht werden, um eine Komplikation zu vermeiden.


title: Computertomographie

text: Durch das Kontrastmittel kann auch eine pseudoallergische Reaktion hervorgerufen werden, die lebensbedrohlich werden kann. Ist eine Kontrastmittelallergie bekannt, kann in Notfallsituationen mittels Medikamenten versucht werden, eine KM-Reaktion zu verhindern. Ansonsten sollte auf eine Kontrastmittelgabe verzichtet werden. Ggf. muss in einem solchen Fall auf alternative Verfahren ausgewichen werden. Dazu bieten sich oft die Sonografie oder eine Magnetresonanztomografie an.


title: Computertomographie

text: Da eine Kontrastmittelreaktion oft Übelkeit und Erbrechen zur Folge hat, wird empfohlen, die Untersuchung nüchtern durchzuführen, sodass der Magen leer ist und Erbrochenes nicht in die Atemwege gelangen kann.


title: Computertomographie

text: Das CT-Kontrastmittel wird über die Nieren ausgeschieden und stellt eine Belastung für diese Organe dar. Bei einem gesunden Menschen ist dies kein Problem, vorgeschädigte Nieren könnten jedoch mit der zusätzlichen Last überfordert sein. Über den Kreatininwert wird geprüft, ob eine gegebenenfalls gefährliche Nierenvorschädigung vorliegt.


title: Computertomographie

text: Das Kontrastmittel wird über eine Hochdruckpumpe injiziert. Dazu wird vor der Untersuchung ein peripherer Venenkatheter gelegt, über den es eingebracht wird. Eine typische Einstellung wäre z. B. 50 ml Kontrastmittel, das mit einer Flussrate von 3 ml/Sekunde verabreicht wird. Im Jargon wird Kontrastmittel auch mit „KM“ und die intravenöse Einbringungsart mit „iv“ abgekürzt; das Fachpersonal spricht bei Verwendung von intravenös verabreichtem Kontrastmittel dann kurz vom „iv-KM“, die Aufnahme wird KM-Aufnahme bezeichnet. Eine Aufnahme ohne Verwendung von Kontrastmittel wird als „Nativ-Aufnahme“ bezeichnet.


title: Computertomographie

text: Zusätzlich zu dem beschriebenen intravenösen Kontrastmittel wird bei Untersuchungen des Bauchraums häufig auch Kontrastmittel zum Trinken verwendet. Dieses verbleibt im Wesentlichen im Inneren des Magen-Darm-Traktes und dient so der besseren Darstellung desselben. Die Iod- oder Bariumsulfat-haltige Substanz wird in Wasser gelöst und vor der Untersuchung vom Patienten getrunken. Meist sind Geschmacksstoffe zugesetzt, sodass es beispielsweise nach Anis schmeckt. Typischerweise wird ein Liter Kontrastmittel zu trinken gegeben. Bei Fragestellungen, die den letzten Teil des Darmes betreffen, kann zusätzlich auch noch ein Einlauf mit Kontrastmittel erforderlich sein.


title: Computertomographie

text: Der Patient sollte sich vor der Untersuchung in dem zu untersuchenden Körperbereich (z. B. Brustkorb) weitgehend entkleiden. Dies ist zwar nicht zwingend nötig, weil die Röntgenstrahlung Kleidungsstücke durchdringt. Metallgegenstände in der Kleidung können im Strahlenfeld Artefakte verursachen und sollten daher vor der Untersuchung entfernt werden.


title: Computertomographie

text: Der Patient legt sich auf den höhenverstellbaren Untersuchungstisch, der zum bequemen Platzieren nach unten gefahren werden kann. Bei Untersuchungen des Kopfes wird der Kopf des Patienten fixiert, um einer Bildunschärfe durch unwillkürliche Kopfbewegungen zuvorzukommen. Die Arme des Patienten liegen bequem am Körper an.


title: Computertomographie

text: Um den zu untersuchenden Bereich planen zu können, ist die Definition eines Nullpunktes nötig, auf den sich alle Koordinatenangaben beziehen. Zu diesem Zweck fährt das Bedienpersonal den Patiententisch hoch in die Untersuchungsebene und in die Gantry hinein. Für eine genauere Planung des Referenzpunktes verfügt ein CT über Positionier-Laser, so dass genau erkennbar ist, wo sich der gewählte Referenzpunkt auf den Körper des Patienten projiziert. Ein beliebter Referenzpunkt ist z. B. die deutsche Horizontale. Damit der Patient beim Setzen dieses Referenzpunktes nicht versehentlich vom Laser geblendet wird, lässt man ihn für eine kurze Zeit die Augen schließen. Der Ort des Referenzpunktes ist prinzipiell frei wählbar und bezieht sich sinnvollerweise auf die zu untersuchende Region. Soll das Sprunggelenk untersucht werden, ist es folglich zweckmäßig, den Referenzpunkt in der Nähe des Sprunggelenkes zu setzen. Ist der Ort bestimmt, wird mit einem Druck auf eine entsprechende Taste am Gerät das Koordinatensystem des Gerätes auf diesen Punkt „genullt“. Alle Angaben sowohl im Untersuchungsprotokoll wie im späteren Bild beziehen sich auf diesen Nullpunkt.


title: Computertomographie

text: In der Regel sind am Gerät für jede mögliche Untersuchung vorkonfigurierte, sogenannte „Untersuchungsprotokolle“ hinterlegt, die der Anwender in Abhängigkeit von der medizinischen Fragestellung wählt. Es ist im Protokoll unter anderem festgelegt, wo der Referenzpunkt für die Untersuchung zu setzen ist. Die erste Aufnahme jeder Untersuchung ist die Übersichtsaufnahme. In diese Übersichtsaufnahme zeichnet die MTRA mit Hilfe von verschiebbaren Bildkursoren den abzubildenden Bereich ein. Alternativ können Positionsangaben auch manuell numerisch eingegeben werden, wobei die in der Medizin üblichen Lage- und Richtungsbezeichnungen zur Anwendung kommen. Für eine Aufnahme der Lunge mit Referenzpunkt im Brustbein wird dann z. B. eine Übersichtsaufnahme angefertigt, die von "superior" 300 bis "inferior" 200 reicht, was bedeutet, dass sie von 300 mm „kopfwärts“ vom Nullpunkt bis 200 mm „fußwärts“ vom Referenzpunkt reicht. Die folgende Schnittbildaufnahme wird sich innerhalb dieses Bereiches befinden.


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text: Ablauf und Dauer der CT-Aufnahme(n) hängt stark von der Untersuchungsregion und der Fragestellung ab. Soll beispielsweise eine Arm- oder Beinfraktur diagnostiziert werden, wird meist nur eine einzelne Bildserie aufgenommen.


title: Computertomographie

text: Für die Darstellung des Knochens oder eines Nierensteins ist kein Kontrastmittel nötig. Wenn die Beurteilbarkeit des Weichteilgewebes nicht gewünscht wird, wird daher auch kein Kontrastmittel injiziert. Im Gegensatz dazu wird für Fragestellungen, die den Brust- und/oder Bauchraum betreffen, fast immer Kontrastmittel verwendet (so eine KM-Allergie oder Niereninsuffizienz dies nicht verbieten). Je nach Fragestellung wird eine Region ein- oder mehrfach gescannt. Folgende Aufnahmetypen werden typischerweise benutzt:


title: Computertomographie

text: Da eine CT-Aufnahme von Brust und/oder Bauchraum selbst bei den schnellsten Geräten mehrere Sekunden in Anspruch nimmt, wird der Patient gebeten, während der Aufnahme die Luft anzuhalten. Andernfalls können Bildstörungen die Folge sein, vergleichbar mit dem „Verwackeln“ in der Fotografie. Gespeicherte Sprachkommandos werden heute vom Gerät vollautomatisch ausgegeben, das Bedienpersonal spricht sie meist nicht selbst (kann dies im Einzelfall jedoch trotzdem tun). Zusätzlich gibt es an manchen Geräten eine numerische Anzeige, die den Patienten über die verbleibende Atemanhaltezeit informiert. Werden über dieselbe Region mehrere Aufnahmen gefahren, wird der Patient mehrmals darum gebeten, die Luft anzuhalten. Ein Beispiel für solch eine Aufnahmesequenz ist die Metastasensuche in der Leber.


title: Computertomographie

text: Aufnahmen der Lunge werden in Einatemlage durchgeführt, um sicherzustellen, dass sich das Lungengewebe voll entfaltet hat. Folglich wird der Patient darum gebeten, einzuatmen und dann die Luft anzuhalten. Da es für den Patienten bequemer ist, erst auszuatmen und dann die Luft anzuhalten und die Atemlage für Aufnahmen des Bauchraums keine Rolle spielt, wird bei diesen Sequenzen darum gebeten, die Luft anzuhalten, nachdem ausgeatmet wurde.


title: Computertomographie

text: In den ersten Jahren wiesen CT-Bilder in der transversalen Bildebene eine erheblich höhere Auflösung auf als in der sagittalen bzw. koronalen. Transversalschnitte waren daher damals die einzig sinnvolle Form der Bilddarstellung; Radiologien befunden bis heute bevorzugt Transversalschnitte. Zur Orientierung: Der Betrachter blickt (vom Patienten aus gesehen) von unten auf einen Transversalschnitt, weshalb das, was aus Patientensicht links ist, sich im Bild rechts befindet.


title: Computertomographie

text: Im CT-Bild wird die Schwächung des Gewebes für das von der Röhre emittierte Röntgenspektrum in Form von Grauwerten dargestellt. Die Schwächungswerte werden in sogenannte CT-Zahlen umgerechnet und auf der Hounsfield-Skala ausgegeben. Luft hat definitionsgemäß die CT-Zahl −1000 und Wasser den Wert 0. Der Grund für die Umrechnung ist, dass die spektrale Zusammensetzung der verwendeten Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von Aufnahmeparametern wie Röhrenspannung und Vorfilterung variiert. Würden im CT-Bild die Schwächungswerte direkt dargestellt, würde das Bild jeweils unterschiedlich ausfallen. Eine Vergleichbarkeit von Bildern, wie sie für die Befundung in der Medizin unabdingbar ist, wäre so nicht möglich. Durch Normierung der gemessenen Schwächung auf die Schwächungswerte von Wasser und Luft wird dieses Problem umgangen.


title: Computertomographie

text: Für die bildliche Darstellung wird jeder CT-Zahl ein Grauwert zugeordnet. Da das menschliche Auge jedoch nicht in der Lage ist, die 4000 vom Gerät differenzierbaren Grauwerte aufzulösen, wird mit Hilfe der Fensterung ein für die jeweilige Fragestellung optimierter Dynamikbereich des Bildes eingeblendet.


title: Computertomographie

text: In der medizinischen Fachsprache wird ein Gewebe, das einen niedrigeren Absorptionsgrad aufweist als erwartet, als "hypodens" ("Hypodensität") bezeichnet; bei höherem Schwächungskoeffizienten als "hyperdens" ("Hyperdensität"). Zwei Bildpunkte, die Gewebe mit gleichem Absorptionsgrad repräsentieren, sind einander "isodens".


title: Computertomographie

text: Erst mit der Einführung von Mehrzeilen-Spiral-CTs Mitte der 1990er Jahre gab es in der Computertomographie isotrope Voxel. Da alle heutigen (2011) klinischen CTs kleine isotrope Voxel erzeugen können, ist eine hohe räumliche Auflösung in beliebigen Raumrichtungen möglich. Durch die multiplanare Reformation werden auch sagittale und koronale Darstellungen in hoher Qualität möglich, die für den Nicht-Radiologen erheblich einfacher zu verstehen sind. Die Maximum Intensitäts Projektion stellt die Maximalwerte aus einem frei wählbaren Datenvolumen dar, die auf eine Ebene projiziert werden, vergleichbar einem Schattenbild. Durch die heute auf Auswerte- bzw. PACS-Workstations preiswert verfügbare Rechenleistung können aus den Daten auch hochwertige 3D-Darstellungen in Form von MIP, Surface-Rendering oder – am aufwändigsten und beeindruckendsten – Raycasting erzeugt werden.


title: Computertomographie

text: Für den Radiologen in der klinischen Routine ist die MIP zur Gefäßdarstellung und der Suche nach Lungenmetastasen sehr hilfreich. Eine 3D-Darstellung ist zur präoperativen Darstellung von Mehrfragment-Frakturen für den Chirurgen nützlich. Raytracing und MIP werden ferner im Rahmen von Spezialanwendungen für Visualisierungen in der Computertomographie des Herzens und der virtuellen Koloskopie verwendet.


title: Computertomographie

text: Die kleinstmögliche Schichtdicke heutiger CTs liegt im Bereich von etwa 0,3 mm. Dünne Schichten erlauben zwar die Darstellung kleinster Bilddetails, sind jedoch der Grund für die – trotz allem technischen Fortschritt – immer noch hohe Strahlenbelastung durch computertomographische Untersuchungen, denn die Höhe des Bildrauschens wird wesentlich von der gewählten Schichtdicke bestimmt. Der Radiologe benötigt für die Befundung nur in seltenen Fällen Schichtdicken von 1 mm und darunter. Auf der anderen Seite können Bilder einer (rauscharmen) dickschichtig rekonstruierten Untersuchung nur in begrenztem Umfang und nur bei Vorliegen der Rohdaten im Nachhinein in dünne Schichten umgerechnet werden. Je größer die Schichtdicke in einem CT-Bild ist, desto rauscharmer ist es, desto größer ist aber auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich im Bild Artefakte durch den Partialvolumeneffekt zeigen. Dieses Dilemma kann durch die "sliding thin slabs" Darstellung (abgekürzt sts) umgangen werden. Die Bilder werden hierbei dünnschichtig (z. B. mit 1 mm Dicke und weniger) rekonstruiert, jedoch dickschichtig (z. B. 5 mm) dargestellt. Beispiel: Bei einer angenommenen 1-mm-Rekonstruktion mit 5-mm-Darstellung werden 5 Schichten addiert. Blättert der Radiologe im Bild, wird der nächste 1-mm-Schnitt in die Darstellung hinzugenommen und der letzte 1-mm-Schnitt entfernt. Es wird wieder ein Bild mit 5 mm effektiver Dicke dargestellt. Das betrachtete Bild ist rauscharm wie ein Bild, das in 5 mm Dicke aufgenommen worden wäre, jedoch kann mit einem Inkrement von 1 mm geblättert werden. Außerdem kann die Schichtdicke jederzeit auf bis zu 1 mm verringert oder über 5 mm hinaus erhöht werden. Die Mittelung in der sts-Darstellung kann in manchen Nachverarbeitungsworkstations in Form einer Mittelung (klassische STS), als MIP, als Min-IP oder als VR (Volume Rendering = Raycasting) erfolgen. Ebenso ist bisweilen möglich, die Ansichten multiplanar reformatierter Bilder in sts-Darstellungen umzurechnen.


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text: Ein Nachteil der Computertomographie ist die Strahlenexposition. Vergleicht man eine CT-Aufnahme beispielsweise mit der natürlichen Strahlenbelastung, so führt eine typische Abdomenaufnahme zu einer Exposition, die 2,8 Jahren natürlicher Hintergrundstrahlung entspricht. Obgleich dies ca. 500-mal höher ist als bei einer Thorax-Röntgenaufnahme, ist es auch in diesem Dosisbereich statistisch nicht möglich, eine später auftretende Erkrankung mit hinreichender Sicherheit auf die vorangegangene Strahlenexposition zurückzuführen. Bis heute wird daher aus der Häufigkeit von Erkrankungen, die aus einer sehr viel höheren Strahlenbelastung resultierten, linear auf die zu erwartenden Fälle bei niedriger Strahlenbelastung extrapoliert, obgleich für dieses angenommene Risiko keine belastbare Statistik vorliegt. Denkbar – jedoch bis heute statistisch nicht belegbar – wären auch Hormesis-Effekte (also positive Effekte) bei geringen Strahlendosen. Es existiert eine Reihe von Studien, die in diese Richtung deuten. Daneben ist aber auch ein mitohormesischer Effekt möglich, wonach besonders geringe Dosen eher eine schädliche Wirkung entfalten.


title: Computertomographie

text: So lange es jedoch keine stichhaltigen Belege gibt, dass es bei geringen Strahlenbelastungen kein oder ein erheblich niedrigeres Risiko gibt als es bei hohen Strahlendosen zweifelsfrei existiert, muss dieses angenommene Risiko bei der Indikationsstellung berücksichtigt werden. Die hohe Aussagekraft der CT kann die Durchführung rechtfertigen. Ärzte unterschätzen laut Heyer die Strahlenbelastung bei der Computertomographie: Diese machte im Jahr 2003 gut 6 % aller Röntgenuntersuchungen aus, war aber für mehr als 50 % der medizinischen Röntgenstrahlung verantwortlich. Jährlich werden in den USA mehr als 62 Mio. CT-Scans durchgeführt. Jede dritte dieser Untersuchungen ist nach Experteneinschätzungen nicht notwendig. Eine Übersichtsarbeit im "New England Journal of Medicine" warnt, dass die jetzt durchgeführten CTs in einigen Jahrzehnten für 1,5–2 % aller Krebserkrankungen verantwortlich sein könnten. Die Autoren der Übersichtsarbeit stellten aber auch klar, dass in den etablierten Indikationen der Nutzen das Risiko überwiege.


title: Computertomographie

text: Eine 2009 veröffentlichte Studie macht 70 Millionen CT-Scans in den USA für 29.000 Krebsfälle verantwortlich und berechnet die jährlichen CT-Todesfälle in den USA mit 14.500. Nach einer neuen Studie haben Kinder, die mehrere CT-Untersuchungen des Kopfes erhalten haben, später ein leicht erhöhtes Krebsrisiko. Bei Mädchen würde jede 300. bis 390. CT-Aufnahme von Abdomen und Becken zu einer zusätzlichen Krebserkrankung führen, bei Wirbelsäulenscans käme es je nach Alter bei jeder 270. bis 800. Aufnahme zu einer zusätzlichen Krebserkrankung; Kopf-CTs würden vor allem das Leukämierisiko steigern.<ref name="DOI10.1001/jamapediatrics.2013.356">Alan R. Schroeder: "The Harm in Looking." In: "JAMA Pediatrics." S. 1, .</ref> Eine andere Studie zeigte, dass Kinder, bei denen eine CT-Untersuchung durchgeführt wurde, ein um 24 Prozent erhöhtes Risiko haben, später an Krebs zu erkranken; jede weitere CT-Aufnahme hätte das Risiko um 16 Prozent gesteigert.<ref name="DOI10.1136/bmj.f2360">J. D. Mathews, A. V. Forsythe, Z. Brady, M. W. Butler, S. K. Goergen, G. B. Byrnes, G. G. Giles, A. B. Wallace, P. R. Anderson, T. A. Guiver, P. McGale, T. M. Cain, J. G. Dowty, A. C. Bickerstaffe, S. C. Darby: "Cancer risk in 680 000 people exposed to computed tomography scans in childhood or adolescence: data linkage study of 11 million Australians." In: "BMJ." Nr. 346, 2013, S. f2360–f2360, .</ref>


title: Computertomographie

text: Die Strahlenexposition durch eine CT-Aufnahme wird durch die Größen CTDI und DLP quantitativ beschrieben. Multipliziert man das CTDI mit der Länge des bestrahlten Bereiches, erhält man das DLP. Bei Kenntnis der bestrahlten Region kann man hieraus die Organdosen der betroffenen Organe und daraus wiederum die Effektive Dosis errechnen. Die folgende Tabelle zeigt die effektiven Dosen typischer Untersuchungen bezogen auf 75-kg-Standardpatienten. Die tatsächlich aufgewendete Dosis einer CT-Untersuchung kann aber schon wegen der starken Abhängigkeit von der Körpermasse (Dicke der zu durchstrahlenden Schicht) besonders am Rumpf (Thorax/Abdomen) im Einzelfall um ein Vielfaches höher ausfallen.


title: Computertomographie

text: Die zugrundeliegende Einheit Sievert berücksichtigt nicht Unterschiede im Intensitätsverlauf und der spektralen Zusammensetzung zwischen künstlich erzeugter und natürlicher Röntgenstrahlung.


title: Computertomographie

text: Einer der wichtigsten Güteparameter für die Bildqualität eines CT ist das Bildrauschen, das zum größten Teil von Quantenrauschen im Detektor verursacht wird. Eine Verbesserung der Bildqualität ist mit Änderungen von Aufnahmeparametern verbunden, die meist zu einer Erhöhung der Strahlenbelastung des Patienten führen. Die Untersuchungsparameter sollen aus Strahlenschutzgründen so gewählt werden, dass der Rauschanteil im Bild ausreichend niedrig ist, dass eine sichere Befundung noch möglich ist. Es wird folglich auch hier gemäß dem ALARA-Prinzip nicht ein möglichst gutes, sondern nur ein hinreichend gutes Bild angestrebt.


title: Computertomographie

text: Der Zusammenhang zwischen dem Bildrauschen formula_1, dem gewählten Rekonstruktionsalgorithmus formula_2, der Schwächung formula_3, der Systemeffizienz formula_4, dem Milliampere-Sekundenprodukt formula_5 und der Schichtdicke formula_6 ist:


title: Computertomographie

text: Aus dieser Gleichung ergibt sich unter anderem, dass sich bei Vervierfachung der Schwächung formula_3 das Bildrauschen verdoppelt. Der gewählte Rekonstruktionsalgorithmus kann die für eine bestimmte Bildqualität nötige Strahlendosis um 30–40 Prozent verändern.


title: Computertomographie

text: Das Emissionsspektrum jeder Röntgenröhre enthält niederenergetische Strahlenanteile, die vollständig vom Untersuchungsobjekt absorbiert werden und damit nicht zur Bildgebung beitragen. Zur Verringerung der Strahlenbelastung wird daher ein Röntgenfilter aus mehrere Millimeter dickem Blech (z. B. aus Aluminium, Kupfer oder Beryllium) eingebaut; eine Mindest-Vorfilterung ist seit Jahren sogar gesetzlich vorgeschrieben. Das Blech absorbiert die niederenergetischen Anteile des Röntgenspektrums vollständig, verringert jedoch auch die Intensität der für die Bildgebung benutzten Spektralanteile.


title: Computertomographie

text: Die Dosisleistung einer Röhre kann folglich nur dann mit den Angaben von Röhrenspannung und Röhrenstrom beschrieben werden, wenn neben dem Fokus-Objektabstand auch die Vorfilterung bekannt ist und in die Berechnung mit einbezogen wird.


title: Computertomographie

text: Eine Erhöhung der Röhren"spannung" erhöht bei gleichem Röhrenstrom die Strahlenbelastung für den Patienten. In der klassischen Radiografie verringert dies auch den Bildkontrast, in der CT werden dagegen nur die Hounsfieldwerte dichter Knochenstrukturen etwas verringert, da der Bildkontrast rein durch die Wahl des Hounsfieldfensters bestimmt wird.


title: Computertomographie

text: Photonen höherer Energie werden durch das Gewebe zwar geringer geschwächt als niederenergetische Photonen, jedoch steigt die insgesamt im Gewebe deponierte Energie stark an. Bei einer Röhren-Vorfilterung durch 2 mm Kupfer beträgt die Äquivalentdosisleistungskonstante bei 100.000 Volt = 100 kV Röhrenspannung 0,35 mSv·m²/mA·min – bei 140 kV Röhrenspannung jedoch schon ca. 1,4 mSv·m²/mA·min. Daraus folgt, dass eine Röntgenröhre bei 140 kV eine 4-fach höhere Dosisleistung liefert als bei 100 kV, wenn man den Röhrenstrom unverändert belässt.


title: Computertomographie

text: Aus Strahlenschutzgründen wäre es folglich wünschenswert, mit niedrigen Röhrenspannungen um ca. 60–80 kV zu arbeiten, was jedoch nur selten möglich ist. Für die Bildgebung in der Computertomographie ist eine hohe Intensität (= Dosisleistung) der Röntgenstrahlung erforderlich. Die erforderliche Dosisleistung liegt bei Verwendung der leistungsfähigsten Drehanoden-Röhren leider auch heute noch im Allgemeinen höher, als mit dem höchsten einstellbaren Röhrenstrom bei einer Anodenspannung von beispielsweise 80 kV erzielt werden kann. Um ein ausreichend niedriges Bildrauschen zu gewährleisten, bleibt daher meist nichts anderes übrig, als die Röhrenspannung über den aus Strahlenschutzgründen optimalen Wert zu heben, denn der Wirkungsgrad einer Röntgenröhre steigt mit dem Quadrat der Röhrenspannung. Üblich sind Werte von ca. 120 kV, bei korpulenten Patienten auch 140 kV.


title: Computertomographie

text: Artefakte durch Strahlaufhärtung treten umso stärker in Erscheinung, je niedriger die Röhrenspannung ist. Dies ist ein weiterer Grund, warum meist mit mehr als 100 kV Röhrenspannung gearbeitet wird.


title: Computertomographie

text: Der Röhrenstrom verhält sich linear zur Dosis, d. h. eine Verdopplung des Röhrenstroms verdoppelt die Strahlenbelastung.


title: Computertomographie

text: Ebenso verhält es sich mit der Rotationsdauer. Die beiden Parameter werden daher meist zusammengefasst. Angegeben wird das Produkt aus Rotationsdauer und Röhrenstrom in Milliampere-Sekunden, in der Gleichung oben abgekürzt mit "Q" und der Einheit mAs. Bei Halbierung der Rotationsdauer der Röhre muss folglich der Röhrenstrom verdoppelt werden, soll das Bildrauschen konstant bleiben.


title: Computertomographie

text: Aus obiger Gleichung folgt ebenso, dass bei Halbierung der Schichtdicke (bei gleicher Rotationsdauer) der Röhrenstrom verdoppelt werden muss, soll das Bildrauschen konstant bleiben. Umgekehrt kann der Röhrenstrom halbiert werden, wenn die Schichtdicke verdoppelt wird. Um das Bildrauschen zu halbieren, muss der Röhrenstrom vervierfacht werden. Alternativ kann die Schichtdicke vervierfacht oder beides verdoppelt werden.


title: Computertomographie

text: Die Strahlenbelastung wird auch wesentlich vom gewählten Pitchfaktor bestimmt. Der Zusammenhang ist linear: Wird der Pitchfaktor bei sonst gleichen Parametern verdoppelt, halbiert sich die Strahlenbelastung.


title: Computertomographie

text: Im Parameter "f" ist neben dem Pitchfaktor auch der Einfluss des für die Bildrekonstruktion verwendeten Faltungskerns der gefilterten Rückprojektion enthalten: Dieser kann glättend oder kontrastanhebend wirken. Neben dem Kontrast wird allerdings auch das Bildrauschen formula_1 verstärkt. formula_1 kann je nach Faltungskern um bis zu einem Faktor 5 differieren. Die Faltungskerne werden je nach Hersteller etwas unterschiedlich benannt. Glättende Kerne heißen "smooth" oder "soft", der Standardkern meist "standard", kontrastverstärkend sind "bone", "edge", "lung", "high" oder "ultrahigh". Durch Wahl eines geeigneten Faltungskerns kann das Bild für das zu befundende Gewebe mit optimaler Qualität berechnet und damit unnötige Strahlendosis vermieden werden. Ein häufiger Kontrastverstärkungsmodus wird als HR-CT (High Resolution CT) bezeichnet.


title: Computertomographie

text: Die Strahlenbelastung des Patienten kann durch eine Reihe von Maßnahmen gesenkt werden. Eine aus Strahlenschutzgründen wünschenswerte Dosisersparnis bedeutet auch eine Verringerung der Röhrenbelastung, was letztlich die Lebensdauer der Röhre erhöht. Da CT-Röhren höhere 5-stellige Beträge kosten, ist hiermit ein weiterer Anreiz zur Dosissenkung geschaffen – zumindest für den niedergelassenen Radiologen, der die Kosten für einen Röhrentausch selbst zu tragen hat.


title: Computertomographie

text: Allen voran ist der Radiologe in der Pflicht, der die Zahl der CT-Untersuchungen auf die tatsächlich klar indizierten Fälle begrenzen muss. Jede zusätzliche Aufnahme bedeutet eine zusätzliche Strahlenbelastung und allzu oft werden mehrere Aufnahmen (nativ, arterielle Kontrastmittel-Phase, venöse Kontrastmittel-Phase, Spätphase) über dieselbe Untersuchungsregion gefahren. Auch mit der Begrenzung des Scan-Bereiches auf die relevante Untersuchungsregion kann einfach und effizient die Dosis reduziert werden.


title: Computertomographie

text: Die MTRA hat mit der Wahl des korrekten Untersuchungsprotokolls mit auf die Fragestellung optimierter Schichtdicke, Pitchfaktor, Faltungskern und Bildrauschen eine weitere, sehr mächtige Möglichkeit zur Dosisersparnis. Bei schlanken Patienten und Kindern kann und soll in aus Strahlenschutzgründen optimalen Röhrenspannungsbereichen von 60 bis 100 kV gearbeitet werden.


title: Computertomographie

text: CTs aller großen Hersteller verfügen heute über eine Dosismodulation. Der Röhrenstrom wird dabei der vorliegenden Schwächung angepasst, sowohl in x-y- als auch in z-Richtung. Dies bedeutet, dass bei Aufnahmen der Lunge, die Leistung im Vergleich zum Abdomen zurückgenommen wird. Aber auch bei der Rotation wird der Röhrenstrom moduliert. Da der menschliche Körper einen näherungsweise ovalen Querschnitt hat, wird die Röhrenlast diesem Umstand angepasst. Die Leistung wird zurückgenommen, wenn von vorne bzw. von hinten (aus Sicht des Patienten) gestrahlt wird und hochgeregelt, wenn von der Seite gestrahlt wird. Meist ist diese Dosisregelung mit einer zweiten Automatik kombiniert, die den Röhrenstrom auch in Abhängigkeit vom Body-Mass-Index des Patienten regelt. Die Hersteller benutzen unterschiedliche Namen für diese Funktionen, z. B. Auto-mA, Smart-mA, Caredose 4D, Doseright oder Sure-Exposure.


title: Computertomographie

text: Werden mehrere Schichten summiert dargestellt, verringert dies zwar die Auflösung im Bild, jedoch auch das Bildrauschen. Verzichtet der Arzt auf eine hohe Auflösung, weil er den Befund auch in einer Darstellung mit beispielsweise fünf Millimeter Schichtdicke hinreichend gut erkennen kann, kann durch Wahl eines darauf abgestimmten Aufnahmeprotokolls signifikant Dosis eingespart werden. Die Verwendung der Darstellung "Sliding thin slab" kann damit schließlich auch zur Dosissenkung beitragen.


title: Computertomographie

text: Im Jahre 1977 wurden die ersten Studien zur Magnetresonanztomographie, abgekürzt MRT, am Menschen publiziert.


title: Computertomographie

text: Nachteilig waren lange Zeit die schlechtere Verfügbarkeit bedingt durch den höheren Anschaffungspreis der MRT-Geräte. Das starke Magnetfeld, die räumliche Enge im Gerät und die im Vergleich zur CT auch heute noch lange Untersuchungszeit bringen weitere Einschränkungen mit sich: So können zum Beispiel intensivmedizinisch überwachungspflichtige Patienten, Patienten mit Klaustrophobie oder Patienten die z. B. schmerzbedingt nicht für eine längere Zeit ruhig liegen können, nur eingeschränkt im MRT untersucht werden. Die erheblich längere Untersuchungszeit ist auch im Hinblick auf Unschärfe durch physiologische Patientenbewegung (Herz, Lunge, Darm) bis heute ein relevanter Nachteil.


title: Computertomographie

text: Außerdem ist die MRT zwar in der Lage, Weichteile mit exzellentem Weichteilkontrast darzustellen, aber prinzipbedingt bei der Darstellung von Knochen und Zähnen im Nachteil.


title: Computertomographie

text: Im zahnärztlichen Bereich ist eine alternative Bildgebung die Digitale Volumentomographie (= DVT). Für Angiographie-Anlagen und C-Bögen sind bisweilen Softwareoptionen verfügbar, die in Form der Rotationsangiographie ebenso eine räumliche Darstellung ermöglichen. In DVT wie auch in der Rotationsangiographie werden ähnliche Algorithmen wie bei der CT zur Bildberechnung verwendet.


title: Pastrami

text: Pastrami bezeichnet geräuchertes, gepökeltes und gewürztes, meist „rotes“ Fleisch (häufig das Schulterstück vom Rind, in den USA meistens Rinderbrust), das in dünnen Scheiben als Brot- oder Sandwichbelag verzehrt wird.


title: Pastrami

text: Pastrami ist vermutlich zum Ende des 19. Jahrhunderts aus dem Königreich Rumänien über die jüdische Küche in die USA eingeführt und dort sehr populär geworden. In den USA wird Pastrami in zwei Varianten angeboten. Pastrami "New York Style" ist üblicherweise schärfer gewürzt als das mildere Pastrami "American Style". Im Gegensatz zum Schinken ist Pastrami als Rindfleischprodukt vereinbar mit jüdischen (koscher) und islamischen (halāl) Speisevorschriften.


title: Pastrami

text: Das rohe Fleisch wird in einer stark mit Muskat, Knoblauch, Nelkenpfeffer, Pfeffer, Paprika und Salpeter gewürzten Lake gepökelt, danach geräuchert und meist mit einer Kruste von Pfefferkörnern ummantelt. Ähnlich wie beim Corned Beef diente die Herstellungsmethode ursprünglich zur Verlängerung der Haltbarkeit des Fleisches, bevor es zuverlässige Kühlmöglichkeiten gab.


title: Pastrami

text: Das Wort gelangte in der jiddischen Form "pastrame" ins amerikanische Englisch, wurde – vermutlich in Anlehnung an "salami" – zu "pastrami" umgeformt und gelangte in dieser Gestalt auch ins Deutsche. Unzweifelhaft ist die Herkunft des jiddischen Wortes vom rumänischen "pastramă" „geräuchertes, stark gewürztes Fleischstück“. Über die weitere Etymologie gibt es verschiedene Theorien. Das "Dicționarul etimologic român", das "Dicţionarul Explicativ Al Limbii Române" und das "Oxford English Dictionary" führen das Wort – teils über die neugriechischen Formen παστραμάς ("pastramás") oder παστουρμᾶς ("pastourmãs") – auf das türkische Pastırma zurück. Das türkische Wort wird seinerseits auf ein älteres Substantiv "bastırma" „die Pressung, das Gepresste“, sodann auf die Verbalformen "bastırmak" „niederdrücken“ bzw. "basmak" „etwas drücken, pressen“ und letztlich auf das alttürkische "basmaq" zurückgeführt. Der Überlieferung nach machte das türkische Reitervolk das Fleisch dadurch haltbar, dass man es beim Reiten unter den Sattel legte, so dass die Flüssigkeit herausgepresst wurde.


title: Pastrami

text: Hingegen leitete bis zur vierten Auflage das "American Heritage Dictionary" das Wort vom rumänischen Verb "a păstra" „konservieren, haltbar machen“ ab, das seinerseits wiederum entweder auf vulgärlateinisch "*parsitare" „aufheben, sparen“ oder aber auf das griechische παστώνω ("pastṓnō") „durch Einsalzen haltbar machen“, vom griechischen παστός ("pastós") „gesalzen“, zurückgeführt wird. Die Osmanen hätten demnach eine gesalzene Fleischspezialität namens παστόν ("pastón") in dem von ihnen eroberten Oströmischen Reich – oder dessen anatolischen Provinzen, namentlich im kappadokischen Caesarea – vorgefunden und adaptiert.


title: Norddeutscher Bund

text: Der Norddeutsche Bund war der erste deutsche Bundesstaat. Er vereinte alle deutschen Staaten nördlich der Mainlinie unter preußischer Führung und war die geschichtliche Vorstufe der mit der Reichsgründung 1871 verwirklichten kleindeutschen, preußisch dominierten Lösung der deutschen Frage unter Ausschluss Österreichs. Gegründet als Militärbündnis im August 1866, kam dem Bund durch die Verfassung vom 1. Juli 1867 Staatsqualität zu.


title: Norddeutscher Bund

text: Die Bundesverfassung entsprach weitestgehend der Verfassung des Kaiserreichs von 1871: Die Gesetzgebung war Aufgabe eines Reichstags, der vom männlichen Volk gewählt wurde, sowie eines Bundesrates, der die Regierungen der Mitgliedsstaaten (meist Herzogtümer) vertrat. Zur Verabschiedung von Gesetzen mussten beide zustimmen. Oberhaupt des Bundes war der preußische König als Inhaber des Bundespräsidiums. Verantwortlicher Minister war der Bundeskanzler. Der konservative preußische Ministerpräsident Otto von Bismarck war der erste und einzige Kanzler in den wenigen Jahren des Norddeutschen Bundes.


title: Norddeutscher Bund

text: Der Reichstag bereitete mit seinen zahlreichen modernisierenden Gesetzen zu Wirtschaft, Handel, Infrastruktur und Rechtswesen (darunter dem Vorläufer des heutigen Strafgesetzbuchs) wesentlich die spätere deutsche Einheit vor. Einige der Gesetze wirkten bereits vor 1871 über den deutschen Zollverein in den süddeutschen Staaten. Allerdings war die parlamentarische Kontrolle über den Militärhaushalt noch begrenzt, obgleich die Militärausgaben 95 Prozent des Gesamthaushalts ausmachten.


title: Norddeutscher Bund

text: Die Hoffnung, bald die süddeutschen Staaten Baden, Bayern, Württemberg und Hessen-Darmstadt in den Bund aufnehmen zu können, erfüllte sich nicht. In jenen Ländern war der Widerstand gegen das protestantische Preußen bzw. gegen den Bund mit seiner liberalen Wirtschafts- und Gesellschaftspolitik groß. Das zeigte sich bei der Wahl zum Zollparlament 1868; diese Zusammenarbeit von norddeutschen und süddeutschen Abgeordneten im Zollverein trug aber zur wirtschaftlichen Einheit Deutschlands bei.


title: Norddeutscher Bund

text: Nach einer diplomatischen Niederlage im Spanischen Thronfolgestreit begann Frankreich im Juli 1870 den Krieg gegen Deutschland. Es wollte damit ein weiteres Erstarken Preußens und eine deutsche Vereinigung unter seiner Führung verhindern. Allerdings hatten die süddeutschen Staaten Baden, Bayern und Württemberg nach ihrer Niederlage im Deutschen Krieg von 1866 Verteidigungsbündnisse mit Preußen geschlossen. Daher und aufgrund ihrer besseren Organisation konnten die deutschen Heere den Krieg rasch nach Frankreich hinein tragen.


title: Norddeutscher Bund

text: Durch die Novemberverträge von 1870 traten die süddeutschen Staaten anschließend dem sich vergrößernden Norddeutschen Bund bei. Mit der Reichsgründung und dem Inkrafttreten der neuen Verfassung am 1. Januar 1871 ging der Bund im deutschen Kaiserreich auf.


title: Norddeutscher Bund

text: Seit dem 18. Jahrhundert gab es neben der österreichischen Habsburgermonarchie eine weitere Macht in Deutschland, die eine Führungsrolle beanspruchte: Preußen, das im Jahr 1701 zum Königreich aufgestiegen war und unter anderem das an Bodenschätzen reiche Schlesien von Österreich erobert hatte. Das Verhältnis dieser beiden mitteleuropäischen Großmächte bezeichnete man als deutschen Dualismus, der von Rivalität, oft aber auch von Zusammenarbeit zu Ungunsten Dritter geprägt war.


title: Norddeutscher Bund

text: Der von vielen Deutschen erwünschte Ausbau des Bundes oder gar der Übergang zum Bundesstaat wurde von Österreich und Preußen verhindert: Das Kaisertum Österreich sah wegen seiner eigenen Nationalitätenkonflikte einen deutschen Bundesstaat als Existenzbedrohung an, und Preußen wollte keine Weiterentwicklung des Deutschen Bundes, solange allein Österreich als „Präsidialmacht“ galt. Schon 1849 bemühte Preußen sich mit der „Erfurter Union“ erst um ein Kleindeutschland ohne Österreich und Böhmen, ohne die Habsburger und ohne den Deutschen Bund, dann zumindest um einen norddeutschen Bundesstaat unter preußischer Führung. Aufgrund des Druckes Österreichs, der Mittelstaaten und Russlands musste Preußen diesen Versuch in der Herbstkrise 1850 allerdings aufgeben.


title: Norddeutscher Bund

text: In der Folge kam es wieder zu einer Zusammenarbeit der Großmächte, die aber deutlich stärker von Rivalität überschattet war als in den Jahren 1815–1848. Nach 1859 machten beide Großmächte erfolglose Vorschläge zu einer Bundesreform. Eine Teilung Deutschlands in Nord und Süd gehörte auch dazu. Obwohl sie um 1864 im Krieg gegen Dänemark wieder gemeinsam gegen die deutschen Staaten agierten, waren sie alsbald in der Schleswig-Holstein-Frage zerstritten und trugen auch diesen Streit militärisch aus.


title: Norddeutscher Bund

text: Der preußische Ministerpräsident Otto von Bismarck bemühte sich mehrmals um einen Ausgleich mit Österreich, schließlich aber steuerte er Preußen auf die Konfrontation mit Österreich und notfalls den übrigen Staaten zu. Der österreichische Kaiser Franz Joseph I. wiederum war unbeeindruckt, hielt die Position Bismarcks in Preußen für schwach und schätzte seine eigene militärische Macht als unüberwindbar ein. So erwirkte Österreich am 14. Juni 1866 einen Bundesbeschluss des Bundestags über die Mobilmachung des Bundesheeres gegen Preußen.


title: Norddeutscher Bund

text: Im Deutschen Krieg von 1866 siegte Preußen mit seinen Verbündeten jedoch gegen Österreich und dessen Alliierte (die Königreiche Bayern, Württemberg, Sachsen und Hannover, die Großherzogtümer Baden und Hessen, das Kurfürstentum Hessen und weitere Kleinstaaten). Im Vorfrieden mit Österreich (26. Juli) setzte Preußen durch, die Verhältnisse im Norden Deutschlands bis zur Mainlinie neu zu ordnen. Hier taucht auch zuerst der Ausdruck "Norddeutscher Bund" auf. Dieses Arrangement hatte Preußen zuvor bereits mit dem französischen Kaiser Napoleon III. abgestimmt.


title: Norddeutscher Bund

text: Am 1. Oktober 1866 annektierte Preußen vier seiner Kriegsgegner nördlich des Mains: Hannover, Kurhessen, Nassau und Frankfurt. Die übrigen Staaten durften ihre Gebiete fast ohne Änderungen behalten. Durch die Einverleibungen stieg die Bevölkerungsanzahl Preußens von etwa 19 Millionen auf fast 24 Millionen.


title: Norddeutscher Bund

text: Drei weitere Kriegsgegner nördlich des Mains, nämlich Sachsen, Sachsen-Meiningen und Reuß älterer Linie, wurden in den Friedensschlüssen dazu verpflichtet, sich dem Norddeutschen Bund anzuschließen. Das Großherzogtum Hessen musste mit seiner Provinz Oberhessen sowie den rechtsrheinischen (rheinhessischen) Gemeinden Kastel und Kostheim dem Bund beitreten, die alle nördlich des Mains lagen.


title: Norddeutscher Bund

text: Am 18. August 1866 schloss Preußen (einschließlich seiner Provinzen) mit 15 nord- und mitteldeutschen Staaten einen Bündnisvertrag mit doppeltem Zweck, der schließlich als „Augustbündnis“ bekannt wurde. Später traten weitere Staaten wie die beiden Mecklenburgs (Mecklenburg-Schwerin und Mecklenburg-Strelitz) dem Vertragswerk bei (daher „Augustverträge“). Zum einen bildeten sie ein Verteidigungsbündnis, das auf ein Jahr begrenzt war. Zum anderen war das Augustbündnis ein Vorvertrag zur Gründung eines Bundesstaats.


title: Norddeutscher Bund

text: Grundlage sollte der Bundesreformplan vom 10. Juni 1866 sein, den Preußen damals den übrigen deutschen Staaten zugesandt hatte. Dieser Plan war aber noch sehr allgemein gehalten und bezog damals noch Bayern und das übrige Kleindeutschland ein. Dem Augustbündnis lag also noch kein eigentlicher Verfassungsentwurf vor, anders als dem Dreikönigsbündnis von 1849 für die Erfurter Union.


title: Norddeutscher Bund

text: Im Augustbündnis war auch die Wahl eines gemeinsamen Parlaments vereinbart. Dieses würde bei der Verfassungsvereinbarung das norddeutsche Volk repräsentieren. Grundlage für die Wahl waren Gesetze der Einzelstaaten. Diese Gesetze übernahmen, absprachegemäß, das Frankfurter Reichswahlgesetz von 1849 fast wörtlich. Der Norddeutsche Konstituierende Reichstag wurde am 12. Februar 1867 gewählt und am 24. Februar in Berlin von König Wilhelm I. von Preußen eröffnet. Nach langen Verhandlungen nahm der im Berliner Palais Hardenberg tagende Reichstag bereits am 16. April den abgeänderten Verfassungsentwurf an und hatte tags darauf seine feierliche Schlusssitzung.


title: Norddeutscher Bund

text: Der Preußische Landtag und der konstituierende Reichstag waren von einer nationalliberal-freikonservativen Mehrheit beherrscht. Gerade die Nationalliberalen wollten ursprünglich eine möglichst radikale Lösung: Deutschland sollte ein Einheitsstaat unter preußischer Führung werden. Beispielsweise hätten die übrigen Staaten Norddeutschlands einfach Preußen beitreten sollen. Preußen mit seiner Militärmacht hätte sie dazu zwingen können. Bismarck hingegen suchte nach einer föderativen Lösung. Einerseits wollte er die süddeutschen Staaten und deren Fürsten nicht davor abschrecken, später ebenfalls beizutreten. Andererseits ging es ihm um seine eigene vermittelnde Rolle und damit um seine Machtstellung zwischen König, Landtag und verbündeten Staaten.


title: Norddeutscher Bund

text: Als Folge dieser Überlegungen strebte Bismarck eine norddeutsche Bundesverfassung an, die ihre unitarischen Züge und auch die Macht des preußischen Königs verbarg. So weit wie möglich sollte der neue Bund äußerlich einem Staatenbund ähneln. Beispielsweise war die Militärmacht in der Verfassung einem Bundesfeldherrn unterstellt. Diese Bezeichnung stammte aus der Zeit des Deutschen Bundes; der preußische König hatte damals versucht, dauerhafter Bundesfeldherr des Bundesheeres oder zumindest der norddeutschen Bundestruppen zu werden. Die Verfassung machte allerdings an anderer Stelle deutlich, dass der Bundesfeldherr niemand anders als der preußische König war.


title: Norddeutscher Bund

text: Geheimrat Maximilian Duncker hatte im Auftrag Bismarcks einen ersten Verfassungsentwurf ausgearbeitet. Nach mehreren Überarbeitungen durch Gesandte und Ministerialbeamte legte Bismarck selbst Hand an, und schließlich lag am 15. Dezember 1866 den Bevollmächtigten der Regierungen ein preußischer Entwurf vor. Die Bevollmächtigten hatten zum Teil erhebliche Bedenken, mal wünschten sie sich mehr Föderalismus, mal einen stärkeren Einheitsstaat. Bismarck nahm 18 Änderungsanträge an, die die Grundstruktur nicht anrührten, und die Bevollmächtigten stimmten am 7. Februar 1867 zu. Dieser Entwurf war dann ein gemeinsames Verfassungsangebot der verbündeten Regierungen.


title: Norddeutscher Bund

text: Der Entwurf ging am 4. März dem konstituierenden Reichstag zu. Bei seinen Beratungen stimmte sich der konstituierende Reichstag eng mit den Bevollmächtigten der Einzelstaaten ab. Auf diese Weise kam es zu Kompromissen, auf die sich beide Seiten verständigen konnten. Am 16. April 1867 verabschiedete nicht nur eine Reichstagsmehrheit den abgeänderten Entwurf, sondern ihn billigten sogleich auch die Bevollmächtigten. Die Einzelstaaten ließen danach ihre Landesparlamente abstimmen und publizierten die Bundesverfassung. Dieser Prozess dauerte bis zum 27. Juni. Am 1. Juli konnte die Verfassung vereinbarungsgemäß in Kraft treten. Die Verfassung des Norddeutschen Bundes ist, von einigen Bezeichnungen und Details abgesehen, bereits identisch mit der Verfassung des Deutschen Reiches vom 16. April 1871, die bis 1918 angewandt wurde.


title: Norddeutscher Bund

text: In den heftigen Beratungen des Reichstags war Bismarcks Entwurf beträchtlich abgeändert worden. Der Reichstag verstärkte die Bundeskompetenz und seine eigene Position. Dem nationalliberalen Abgeordneten Rudolf von Bennigsen gelang es, die sogenannte Lex Bennigsen durchzubringen: Der Bundeskanzler musste die Anordnungen des Bundespräsidiums (des preußischen Königs) gegenzeichnen, um sie wirksam zu machen, und übernahm dadurch die (ministerielle) Verantwortung. Er wurde so zum selbstständigen Bundesorgan. Bismarck selbst wollte ursprünglich den Bundeskanzler nur als ausführenden Beamten sehen; nun war dieser die Schlüsselfigur im komplizierten Entscheidungsgefüge (Michael Stürmer).