Сравнительно новый метод диагностики, известный как КТ или компьютерная рентгеновская томография, относится к наиболее информативным способам выявления изменений в органах и тканях человеческого тела. Этот метод широко используется в медицине с 80-х годов прошлого века, и позволяет выявить даже скрытые патологии на начальной стадии.
Российские врачи диагносты узнали, что такое КТ в начале 90-х годов XX века. В то же время были подготовлены специалисты, способные проводить исследование органов этим методом, и интерпретировать результат. Однако до настоящего времени большинство пациентов не понимают разницы между МРТ и компьютерной томографией, хотя эти виды диагностики основаны на использовании принципиально разных видов излучения, и имеют разные показания и противопоказания.
Что такое компьютерная томография
Основные принципы компьютерной томографии были изложены в 1917 году, а первый магнитно резонансный томограф был сконструирован лишь в 1971 году. Первые аппараты не отличались высокой точностью, но все же позволяли получать изображения внутренних органов и структур головы и конечностей в виде срезов.
Рентгеновское исследование этого типа позволяет получить картинки, на которых видны:
- кости и хрящи;
- кровеносные и лимфатические сосуды;
- мягкие ткани;
- посторонние предметы.
Полые органы, которые не просматриваются при использовании обычного рентгеновского излучения, изучают посредством КТ с контрастированием. Этот метод предполагает использование специального раствора, содержащего йод.
Принцип действия стандартных аппаратов для КТ основан на способности рентгеновского излучения проникать через ткани, отражаться от них или полностью поглощаться ими. Высокая точность изображений при использовании КТ томографии достигается благодаря вращению излучателей вокруг обследуемого участка тела. Полученные изображения поступают на матрицу и обрабатывается компьютером. В результате современной КТ диагностики получают не плоские изображения-срезы, а объемные картинки, на которых ясно видно строение находящихся внутри обследуемой части тела структур.
Основные преимущества КТ исследования:
- безопасность — мощность рентгеновского излучения и продолжительность его воздействия на организм сведены к минимуму;
- высокая точность и достоверность результата — компьютерная томография помогает обнаружить патологии, которые не видны при использовании других методов диагностики;
- обследование подходит для обнаружения патологий в мягких тканях — обычный рентген в этих случаях бесполезен;
- рентгеновская компьютерная томография показывает точные результаты при травмах и опухолях любого органа — подобной универсальностью и точностью не обладает ни один диагностический способ.
Использование компьютерной томографии (КТ) оправдано при проведении малоинвазивных манипуляций, когда нужно отслеживать положение инструментов относительно органов и тканей. Чаще всего к КТ прибегают при необходимости проведения биопсии опухоли.
Важно знать! Направление на обследование методом компьютерной томографии дает лечащий врач после предварительной диагностики. Далеко не всегда для постановки правильного диагноза нужна процедура КТ.
Становление компьютерной томографии: от Пирогова до Кормака
Несмотря на то, что КТ считается достижением науки конца 20 века, понятие томографии, как и сама методика послойного снятия информации о человеческом организме, впервые появилось в 19 столетии в трудах Николая Ивановича Пирогова, хирурга и анатома. Им был разработана тактика изучения анатомического строения внутренних органов, которую он назвал топографической анатомией.
Суть предложенного способа заключалась в том, чтобы не производить вскрытие трупов сразу по стандартной схеме. Сначала тело необходимо было подвергнуть заморозке, после чего можно было производить послойное разрезание в различных анатомических проекциях. Таким образом, медики получали возможность изучить внутренние состояния больных, правда, уже после их смерти. Помочь умершему таким образом, безусловно, не представлялось возможным, однако собранная таким образом информация представляла собой бесценный вклад для науки, для разработки методов диагностирования и лечения, которые можно было успешно применять на живых пациентах. Описанная методика получила название анатомической томографии или «ледяной анатомии” Пирогова.
Начало было положено. В 1895 году происходит открытие проникающих рентгеновских лучей. В начале 20 столетия И. Радон, австрийский учёный-математик, выводит закон, обосновывающий способность Х-лучей по-разному поглощаться средами различной плотности. Именно это свойство рентгеновского облучения и лежит в основе всего метода компьютерной томографии (КТ).
Американский и австрийский физики Кормак и Хаунсфилд, основываясь на теории Радона, независимо друг от друга продолжают работать в этом направлении, и в конце 60-х представляют миру первые прототипы компьютерных томографов. Уже с 1972 года эти аппараты начинают применяться для диагностики пациентов по всему миру.
Виды компьютерных томографов
Процесс развития компьютерных томографов насчитывает 5 этапов, соответственно, за это время были разработаны 5 типов томографов.
Томографы первого поколения конструировались по подобию аппарата Хаунсфилда. Учёный использовал в своём приборе кристаллический детектор с фотоэлектронным умножителем. В роли источника излучения выступала трубка, связанная с детектором. Трубка поочерёдно делала поступательные и вращательные движения при постоянно транслирующемся рентгеновском излучении. Такие аппараты применялись только для обследования головного мозга, так как диаметр просвечиваемой зоны не превышал 24-25 сантиметров, кроме того, сканирование длилось долго, и обеспечить на всё время его проведения полную неподвижность пациента было проблематично.
Второе поколение компьютерных томографов появилось в 1974 году, когда впервые миру были представлены аппараты с несколькими детекторами. Отличие от устройств предыдущего типа заключалось в том, что поступательные движения трубки производились быстрее, а после этого движения трубка делала поворот на 3-10 градусов. За счёт этого полученные снимки были более чёткими, а лучевая нагрузка на организм уменьшалась. Однако продолжительность томографии с использованием такого аппарата всё равно была большой – до 60 минут.
Третий этап развития томографических аппаратов впервые исключал поступательное движение трубки. Диаметр исследуемой зоны увеличился до 40-50 сантиметров, кроме того, используемое компьютерное оборудование стало существенно более мощным: в нём начали использовать более современные первичные матрицы.
Четвёртое поколение томографов появилось на стыке семидесятых и восьмидесятых годов. В них предусматривалось наличие 1100-1200 неподвижных детекторов, расположенных по кольцу. В движение приходила только рентгеновская трубка, благодаря чему время получения изображения существенно сократилось.
Самые современные аппараты – компьютерные томографы пятого поколения. Их принципиальное отличие от предыдущих устройств заключается в том, что в них поток электронов продуцируется неподвижной электронно-лучевой пушкой, которая располагается за томографом. При прохождении через вакуум, поток фокусируется и направляется электромагнитными катушками на вольфрамовую мишень под столом, где располагается пациент. Мишени большой массы размещены в четыре ряда и охлаждаются непрерывной подачей проточной воды. Неподвижные твёрдотельные детекторы находятся напротив мишеней. Аппараты такого типа изначально использовались для сканирования сердца, так как позволяли получить картинку без шумов и артефактов от пульсации органа, а сейчас они применяются повсеместно.
Суть метода компьютерной томографии
Диагностика посредством КТ представляет собой процесс получения изображения слоя ткани малой толщины посредством обработки данных, полученных с детекторов рентгеновского излучения, путём просвечивания этого слоя в разных проекциях. Во время сканирования трубка осуществляет обороты вокруг объекта. Различия в плотности различных участков объекта исследования, которые встречает на своём пути излучение, вызывают изменения его интенсивности, фиксирующиеся детектором. Получаемый сигнал обрабатывается компьютерной программой, которая конструирует на его основе послойное изображение.
Современные аппараты дают минимальную толщину слоя от 0,5 миллиметра.
Виды КТ диагностики
В медицине известно несколько видов компьютерной томографии в зависимости от способа получения картинки:
- Спиральная компьютерная томография. Это самое старое исследование, которое состоит в непрерывном сканировании участка тела вращающимся источником рентгеновского излучения. Специалисты обращают внимание, что это КТ отличается низким уровнем лучевой нагрузки на организм пациента за счет уменьшения продолжительности процедуры.
- Многослойная компьютерная диагностика, которую также называют мультисрезовой компьютерной томографией. Этот способ отличается от предыдущего тем, как работает томограф: он оснащен не одним, а несколькими излучателями, которые проектируют объемный геометрический пучок рентгеновских лучей.
Интересный факт! Благодаря сверхвысокой точности получаемых изображений эта разновидность трехмерной компьютерной томографии применяется для отслеживания физиологических процессов в реальном времени.
Врачи отдают предпочтение последнему виду, так как основное достоинство мультиспиральной компьютерной томографии (КТ) состоит в возможности исследовать сосуды, состояние сердечной мышцы и головного мозга в динамике.
Описанные виды КТ исследований проводятся с использованием контрастирующего раствора или без него в зависимости от того, какой орган нужно исследовать. Этот метод в медицине называют контрастным усилением, и применяют при необходимости более четко дифференцировать патологические и здоровые ткани.
Для проведения КТ с контрастом используются растворы, содержащие йод или другие соединения, поглощающие рентгеновские лучи. Обследование кишечника требует перорального приема контрастирующего раствора. Для установления изменения в мягких тканях и паренхиме внутренних органов контраст вводится внутривенно ручным или болюсным способом (посредством специального шприца с инжекторным впрыском раствора и возможностью регулировать время и скорость введения препарата).
Интересный факт! Болюсный вид контрастирования используется преимущественно для КТ сосудов.
Специалисты ценят его за то, что показывает оно не плоскую картинку, а трехмерную модель кровеносной системы пациента.
Когда применяется КТ — показания к исследованию
Специалисты указывают, что компьютерная томография — это метод диагностики, который имеет свои плюсы и минусы, и назначается только при наличии безусловных показаний. Пройти его можно только после получения направления от лечащего врача. При этом специалист определяет вид диагностики, который будет применен к пациенту: КТ с контрастом или без него, с получением плоских (срезовых) или 3D изображений — все зависит от того, зачем делают компьютерную томографию.
При необходимости быстро получить достоверный диагноз при отсутствии противопоказаний для КТ пациенту назначают исследование следующих органов:
| Исследуемый орган | Показания к проведению | Что может выявить |
|---|---|---|
| Головной мозг, череп | Травмы головы и шеи, воспалительные, опухолевые и инфекционные заболевания головного мозга (менингит, энцефалит и прочие). | Так как делают компьютерную томографию головы при наличии проблем с мозговым кровообращением и общим угнетении ЦНС, диагностику используют для выявления патологий сосудов и оболочек головного мозга. На снимках, полученных в ходе обследования, четко видны кости черепа, оболочки мозга и его структура, церебральные сосуды. |
| Брюшная полость | Последствия открытых и закрытых травм брюшной полости и поясницы, подозрение на присутствие во внутренних органах посторонних предметов, конкрементов, кист и иных новообразований, в том числе злокачественных. При использовании контраста проводится КТ сосудов брюшной полости. | При правильной подготовке компьютерная томография показывает локализацию патологических очагов во внутренних органах, их границы и распространение, состояние кровеносных сосудов и лимфоузлов в области исследования. |
| Грудная клетка и легкие | Травмы грудной клетки, подозрение на воспалительные, диффузные, опухолевые процессы в легких. Назначается диагностика и при нарушении функций сердца и коронарных и легочных сосудов — полой вены и легочной артерии. | Компьютерная томография сосудов грудной клетки выявляет эмболию, тромбоз и иные патологии. При исследовании легких врач может дифференцировать абсцесс и эмфизему, инфекционные очаги и злокачественные новообразования, определить объем выпота, патологии средостении. |
| Позвоночник | Травмы, подозрение на наличие патологических процессов в сосудах и нервных волокнах позвоночного столба. | Диагностика выявляет стеноз спинномозгового канала, остеохондроз и межпозвоночные грыжи. При создании 3D модели позвоночника появляется возможность выявить скрытые патологии сосудов и нервов. |
Кроме перечисленных случаев, посетить кабинет компьютерной томографии врачи рекомендуют пациентам после операции по удалению внутренних органов — почек, доли печени, доли или целого легкого — для отслеживания состояния внутренних швов и функций органов. Информацию, как часто можно делать такие обследования, предоставляет лечащий врач.
Как проходит процедура КТ
Перед тем как посетить кабинет компьютерной томографии, пациентам необходимо подготовиться. За несколько часов до процедуры нужно отказаться от еды и питья, особенно если обследование затрагивает органы брюшной полости. Так как компьютерный томограф излучает рентгеновское излучение, стоит убрать с тела все металлические предметы, включая аксессуары, пирсинг и съемные протезы.
Перед процедурой диагностики брюшной полости за несколько часов до нее пациенту показан прием слабительных средств, чтобы полностью очистить кишечник. За несколько дней до этого нужно исключить из меню алкоголь, бобовые и жирные, трудно перевариваемые продукты. При обследовании почек и мочевыделительного тракта нужно повысить потребление жидкости. Ход процедуры и период, сколько по времени она будет длиться, зависит от вида исследования, но в среднем КТ занимает около получаса.
Важно! Компьютерный рентгеновский томограф может ошибаться с результатами, если пациент пренебрегает перечисленными выше правилами.
Как делается рентгеновская томография:
- Пациент укладывается на стол установки.
- Его телу придается нужное положение — лежа на спине или боку.
- При необходимости вводится контрастное вещество: внутривенно при обследовании сосудов и внутренних органов, ректально или орально при обследовании ЖКТ.
- Врач покидает помещение с установкой и включает голосовую связь с пациентом.
- Установка включается, рентгеновские излучатели и стол начинают двигаться.
В ходе обследования врач может попросить пациента задержать дыхание. В любом случае необходимо сохранять неподвижность, чтобы изображения были более четкими. По окончанию процедуры пациент может вернуться к привычной жизни.
Наиболее популярные томографы
Непосредственно перед обследованием важно уточнить информацию о диагностическом центре, специалисте и томографе, ведь он имеет большое значение. Наиболее популярны разработки таких популярных производителей, как General Electeic, Philips, Toshiba, Siemens. Основным отличием является количество срезов, лучевая нагрузка и год выпуска. Наиболее популярными их разработками являются следующие томографы:
Philips MX – популярный томограф для бюджетного варианта. Изготовлен в 2004 году, количество срезом составляет 16. Содержит простейший интерфейс. В базу включен педиатрический и низкодозовый протокол, что позволяет его благополучно использовать в детской клинике или диагностическом центре. Есть возможность настройки толщины срезов, а скорость реконструкции позволяет получить 6 снимков в 1 секунду.
Toshiba Aquilion — популярный томограф для cреднеклассового варианта. Количество срезов составляет 32, изготовлен в недалеком 2007 году. Не издает шумов и вибрации. При задержке дыхания можно получить огромное количество информации. Идеальный аппарат для онкологического или травматологического отделения. Позволяет получить 11-12 срезов в секунду с минимальной лучевой нагрузкой в данной отрасли. Делает 2 оборота в секунду.
Siemens Somaton Emotion – аппарат с воздушной системой охлаждения. Пациент получает совсем небольшое количество лучевой нагрузки благодаря технологии CARE Dose4D. Аппарат выдает снимки в хорошем качестве. Количество срезов составляет 16.
Philips Brilliance 64 – усовершенствованный томограф, который позволяет делать 64 снимка в секунду. Идеально подойдет для обследования сердца, легких и головного мозга. Выпущен в 2008 году.
GE Optima CT 660 – аппарат, использующий только достоверные технологии (LightSpeed, Discovery). Количество срезов – 64. Отличительной особенностью является небольшой размер аппарата, что позволяет ее использовать в маленьких помещениях. Имеет массу преимуществ, удобен в использовании.
Siemens Definition AS 128 – устройство, на котором обследование проходит в минимальные сроки. Количество срезов в секунду составляет 128. Имеет минимальный процент облучения на пациента. Качественно диагностирует заболевания головы и тела. Вес пациента не должен превышать 210 килограмма.
Toshiba Aquilion 64 подходит для исследования всего тела пациента. Позволяет получить 64 среза толщиной 0,5 мм за 1 секунду. Пациент получает небольшую дозу лучевой нагрузки. Качество изображения не теряется в любой области осмотра.
GE LightSpeed 16 – томограф с широким туннелем. Поддерживает проверенную технологию LightSpeed. Есть возможность ведения удаленной связи. Позволяет обследовать примерно 17 пациентов в час.
Philips Ingenuity 128 – работает при использовании интегрированной технологии, которая снижает рентгеновскую нагрузку на больного (на 75%), при этом качество изображения остается неизменным. Экономит время на обследование. Позволяет вводить на 15% меньше контрастного вещества, нежели на иных томографах.
GE LightSpeed VCT XT 64 – одна из новейших разработок компании GE. Выдает снимки прекрасного качества (количество срезов – 64). Есть возможность оценки малых очагов поражения и сосудов. Выдерживает пациента с массой тела не более 225 килограммов. Благодаря цифровой системе сбора, выдаваемый шум сократился на 35%.
Противопоказания к проведению КТ
Основными противопоказаниями к компьютерной томографии врачи называют первый триместр беременности и тяжелые патологии почек. В первом случае противопоказания КТ касаются потенциально возможным изменениям плода. Негативно отражается рентгеновская томография и на качестве грудного молока. Если возникла острая необходимость в такой диагностике, женщине рекомендуется прервать ГВ на несколько дней.
В случае, если имеет место заболевание почек (недостаточность), противопоказания обусловлены неспособностью почек нормально воспринимать повышенные нагрузки. Негативно отражается процедура и на больных с сахарным диабетом в тяжелой степени. В число противопоказаний КТ входит и ожирение. Картинка получается размытой, патологические очаги остаются незамеченными.
Серьезным противопоказанием компьютерной томографии врачи называют миеломную болезнь и меланому — рентгеновские лучи при попадании на кожу провоцируют прогресс злокачественных новообразований.
Рентгеновское компьютерное обследование — комфортный и безопасный метод диагностики, который применяется в случае, когда другие способы оказались мало информативными. Вопросы относительно того, как часто можно делать КТ, и насколько она полезен в том или ином случае, можно задать лечащему врачу.
Мировые тенденции в области развития медицинского приборостроения в последние годы претерпели значительные изменения. В основном это вызвано необходимостью повышения качества диагностики, что приводит как к созданию новых высокоинформативных диагностических приборов, так и к совершенствованию традиционных технологий.
Современный уровень медицинской техники позволяет выявить структурные и функциональные изменения одного и того же объекта с помощью устройств, имеющих различный принцип действия, при этом достоверность полученных данных будет сопоставима. В подобных условиях на первое место выходит информационная составляющая исследований.
На данном этапе одним из наиболее информативных методов является томография, дающая намного больше информации о каждом элементарном объеме исследуемого объекта, чем другие известные методы диагностики. Термин «томография» произошел от двух греческих слов: тоцоа — сечение и урафоа — пишу и означает послойное исследование структуры различных объектов. Существует несколько видов томографии: рентгеновская, электронно-лучевая, магнитно-резонансная, позитронно-эмиссионная, ультразвуковая, оптическая когерентная томография и др. Но суть всех видов томографии едина: по суммарной информации (например, интенсивности на детекторах или интенсивности эхо-сигнала), полученной от некоторого сечения вещества, нужно определить локальную информацию, а именно плотность вещества в каждой точке сечения. Информативность и достоверность каждого из них зависит от целого ряда факторов, определяющих конечный результат исследования, в том числе и от физического принципа действия устройства.
Качество томографических изображений зависит от многих факторов: аппаратного и программного обеспечения, физических процессов, участвующих в сборе данных, параметров сканирования, свойств вещества (плотности, процессов релаксации, диффузии), температуры окружающей среды, перепады которой приводят к повышению уровня шума на изображениях и снижению точности измерений.
Довольно часто при анализе томографических изображений приходится сталкиваться с помехами или артефактами, которые могут привести к постановке неверного диагноза. В связи с этим актуальными являются методы и средства, позволяющие повысить качество и достоверность изображений.
Учебное пособие состоит из пяти глав. Первая глава посвящена компьютерной томографии. Рассмотрены различные конфигурации компьютерных томографов, вопросы реконструкции изображений, режимы сканирования. Проведена классификация артефактов изображений, проанализированы причины их возникновения и проявления на изображениях, приведены су-
шествующие пути устранения.
Во второй главе изложены основы магнитно-резонансной томографии. Представлены вопросы, касающиеся основных блоков МР-томографов, видов импульсных последовательностей, принципов построения МР-изображений. Приведена классификация МР-томографов и артефактов изображений. Показаны перспективы развития МРТ.
В третьей главе представлены проблемы позитронно-эмиссионной томографии. Проанализировано аппаратное обеспечение и контроль качества измерений. Систематизированы достоинства, недостатки и области применения ПЭТ.
В четвертой главе рассмотрены методы повышения качества изображений в томографии. Приведены результаты устранения артефактов с помощью разработанных теоретико-групповых методов коррекции. Представлен метод вейвлет-анализа, позволяющий повысить качество изображений промышленных и биологических объектов за счет увеличения соотношения сигнал/шум. Приведены количественные оценки критериев качества изображений.
В пятой главе изложены цифровые технологии и проблемы обмена информацией. Рассмотрены стандарты медицинских изображений и подходы к интеграции диагностического оборудования.
В приложениях приведены технические характеристики различных моделей компьютерных и магнитно-резонансных томографов, обозначения импульсных последовательностей.
Авторы выражают глубокую признательность сотрудникам кафедры измерительных технологий и компьютерной томографии СПбГУ ИТМО и кафедры рентгенологии СПб МАПО за плодотворное сотрудничество и содержательные беседы. Авторы приносят благодарность рецензентам д.т.н., проф. П.А. Галайдину и д.м.н., проф. Н.И. Ананьевой за труд по просмотру рукописи и ценные замечания, которые во многом способствовали ее улучшению. Авторы благодарны родным за долготерпение и понимание в период работы над рукописью.