Компьютерный томограф строение. Рентгеновская компьютерная томография

Компьютерная томография - это особый вид рентгенологического исследования, которое проводится посредством непрямого измерения ослабления или затухания, рентгеновских лучей из различных положений, определяемых вокруг обследуемого пациента. В сущности, все, что мы знаем, это:

что покидает рентгеновскую трубку,
что достигает детектора и
каково место рентгеновской трубки и детектора в каждом положении.

Все остальное следует из этой информации. Большинство КТ-сечений ориентированы вертикально по отношению к оси тела. Они обычно называются аксиальными или поперечными срезами. Для каждого среза рентгеновская трубка поворачивается вокруг пациента, толщина среза выбирается заранее. Большинство КТ-сканеров работают по принципу постоянного вращения с веерообразным расхождением лучей. При этом рентгеновская трубка и детектор жестко спарены, а их ротационные движения вокруг сканируемой области происходят одновременно с испусканием и улавливанием рентгеновского излучения. Таким образом, рентгеновские лучи, проходя через пациента, доходят до детекторов, расположенных на противоположной стороне. Веерообразное расхождение происходит в диапазоне от 40° до 60°, в зависимости от устройства аппарата, и определяется углом, начинающимся от фокусного пятна рентгеновской трубки и расширяющимся в виде сектора до наружных границ ряда детекторов. Обычно изображение формируется при каждом обороте в 360°, полученных данных оказывается для этого достаточно. В процессе сканирования во многих точках измеряют коэффициенты ослабления, формируя профайл затухания. На самом деле профайлы затухания представляют собой не что иное, как набор полученных сигналов от всех каналов детекторов с данного угла системы трубка-детектор. Современные КТ-сканеры способны излучать и собирать данные приблизительно с 1400 положений системы детектор-трубка на окружности 360°, или около 4 положений в градусе. Каждый профайл ослабления включает в себя измерения от 1500 каналов детекторов, т. е. приблизительно 30 каналов в градусе, при условии угла расхождения луча 50°. В начале исследования, при продвижении стола пациента с постоянной скоростью внутрь гентри, получают цифровую рентгенограмму («сканограмму» или «топограмму»), на которой в дальнейшем могут быть распланированы требуемые срезы. При КТ-исследовании позвоночника или головы гентри поворачивают под нужным углом, тем самым добиваясь оптимальной ориентации сечений).

Компьютерная томография использует комплексные показания датчика рентгена, который вращается вокруг пациента с целью получения большого количества разнообразных изображений определенной глубины (томограммы), которые переводятся в цифровую форму и преобразовываются в перекрестные изображения. КТ обеспечивает 2- и 3-мерную информацию, которую невозможно получить с помощью простого рентгена и с помощью гораздо более высококонтрастного разрешения. В результате КТ стала новым стандартом для отображения большей части внутричерепных, головных и шейных, внутригрудных и внутрибрюшных структур.

Ранние образцы сканеров КТ использовали только один датчик рентгена, и пациент проходил через сканер с приращением, останавливаясь для каждого снимка. Этот метод был в значительной степени заменен винтовой КТ: пациент непрерывно перемещается через сканер, который непрерывно вращается и делает снимки. Винтовая КТ в большой степени сокращает время отображения и уменьшает толщину пластины. Использование сканеров с многочисленными датчиками (4-64 рядов датчиков рентгена) далее уменьшает время отображения и обеспечивает толщину пластины менее 1 мм.

С таким количеством отображенных данных изображения могут быть восстановлены в почти любом ракурсе (как это делается в МРТ) и могут использоваться для построения 3-мерных снимков при поддержании диагностического решения изображения. Клиническое применение включает ангиографию КТ (например, для оценки легочной эмболии) и кардиоотоб-ражения (например, коронарная ангиография, оценка коронарного отвердения артерии). Электронно-лучевая КТ, другой тип быстрой КТ, может также использоваться для оценки коронарного отвердения артерии.

Снимки КТ могут быть получены с/или без контраста. Неконтрастная КТ может обнаруживать острое кровоизлияние (которое кажется ярко-белым) и характеризовать переломы кости. Контрастная КТ использует IV или устный контраст, или оба. IV контраст, подобный используемому в простом рентгене, применяется для отображения опухолей, инфекции, воспаления и травм в мягких тканях и для оценки состояния сосудистой системы, как в случаях подозрения на легочную эмболию, аортальную аневризму или аортального рассечения. Выделение контраста через почки позволяет дать оценку мочеполовой системы. Для получения информации о контрастных реакциях и их трактовке.

Оральный контраст используется для отображения брюшной области; это помогает отделять кишечную структуру от окружающих. Стандартный устный контраст - контраст на основе бариумного йода, может использоваться в том случае, когда есть подозрение на кишечную перфорацию (например, при травме); низкий осмолярный контраст должен использоваться, когда высок риск аспирации.

Воздействие радиации - важный вопрос при использовании КТ. Лучевая доза от обычной брюшной КТ в 200- 300 раз выше, чем доза радиации, получаемая при типичном рентгене грудной области. КТ сегодня является наиболее распространенным источником искусственного облучения для большей части населения и составляет более 2/3 совокупного медицинского облучения. Эта степень подверженности человека облучению - не тривиальна, риск облучения детей, сегодня испытывающих воздействие радиации КТ, за всю их жизнь, согласно подсчетам, будет намного выше, чем степень облучения взрослых. Поэтому необходимость экспертизы КТ должна быть тщательно взвешена с учетом возможного риска для каждого отдельного пациента.

Мультиспиральная компьютерная томография

Спиральная компьютерная томография с многорядным расположением детекторов (мультиспиральная компьютерная томография)

Компьютерные томографы с многорядным расположением детекторов относятся к самому последнему поколению сканеров. Напротив рентгеновской трубки располагается не один, а несколько рядов детекторов. Это дает возможность значительно укоротить время исследования и улучшить контрастное разрешение, что позволяет, например, четче визуализировать контрастированные кровеносные сосуды. Ряды детекторов Z-оси напротив рентгеновской трубки различны по ширине: наружный ряд шире, чем внутренний. Это обеспечивает лучшие условия для реконструкции изображения после сбора данных.

Сравнение традиционной и спиральной компьютерной томографии

При традиционной компьютерной томографии получают серии последовательных одинаково пространственно расположенных изображений через определенную часть тела, например, брюшную полость или голову. Обязательна короткая пауза после каждого среза для продвижения стола с пациентом в следующее заранее заданное положение. Толщина и наложение/межсрезовый промежуток выбираются заранее. Сырые данные для каждого уровня сохраняются отдельно. Короткая пауза между срезами дает возможность пациенту, находящемуся в сознании, перевести дыхание и тем самым избежать грубых дыхательных артефактов на изображении. Тем не менее, исследование может занимать несколько минут, в зависимости от области сканирования и размеров пациента. Необходимо правильно подобрать время получения изображения после в/в введения КС, что особенно важно для оценки перфузионных эффектов. Компьютерная томография является методом выбора для получения полноценного двухмерного аксиального изображения тела без помех, создаваемых наложением костной ткани и/или воздуха, как это бывает на обычной рентгенограмме.

При спиральной компьютерной томографии с однорядным и многорядным расположением детекторов (МСКТ) сбор данных исследования пациента происходит постоянно во время продвижения стола внутрь гентри. Рентгеновская трубка при этом описывает винтовую траекторию вокруг пациента. Продвижение стола скоординировано со временем, необходимым для оборота трубки на 360° (шаг спирали) - сбор данных продолжается непрерывно в полном объеме. Подобная современная методика значительно улучшает томографию, потому что дыхательные артефакты и возникающие помехи не затрагивают единый набор данных так значительно, как при традиционной компьютерной томографии. Единая база сырых данных используется для восстановления срезов различной толщины и различных интервалов. Частичное наложение сечений улучшает возможности реконструкции.

Сбор данных при исследовании всей брюшной полости занимает 1 - 2 минуты: 2 или 3 спирали, каждая длительностью 10-20 секунд. Ограничение времени обусловлено способностью пациента задержать дыхание и необходимостью охлаждения рентгеновской трубки. Еще некоторое время необходимо на воссоздание изображения. При оценке функции почек требуется небольшая пауза после введения контрастного вещества, чтобы дождаться экскреции контрастного препарата.

Еще одно важное преимущество спирального метода - возможность выявить патологические образования меньшего размера, чем толщина среза. Маленькие метастазы в печени могут быть пропущены, если в результате неодинаковой глубины дыхания пациента во время сканирования не попадают в срез. Метастазы хорошо выявляются из сырых данных спирального метода при восстановлении срезов, полученных с наложением сечений.

Пространственное разрешение

Восстановление изображения основано на различиях в контрастности отдельных структур. На основе этого создается матрица изображения области визуализации 512 х 512 или более элементов изображения (пикселей). Пиксели выглядят на экране монитора как участки различных оттенков серого цвета в зависимости от их коэффициента ослабления. На самом деле это даже не квадратики, а кубики (воксели = объемные элементы), имеющие длину вдоль оси тела, соответственно толщине среза.

Качество изображения повышается с уменьшением вокселей, но это относится только к пространственному разрешению, дальнейшее истончение среза снижает соотношение «сигнал-помеха». Другой недостаток тонких срезов - увеличение дозы облучения пациента. Тем не менее, маленькие воксели с одинаковыми размерами во всех трех измерениях (изотропный воксель), дают значительные преимущества: мультипланарная реконструкция (MPR) в корональной, сагиттальной или других проекциях представлена на изображении без ступенчатого контура). Использование вокселей неодинаковых размеров (анизотропные воксели) для MPR приводит к появлению зубчатости реконструированного изображения. Так, например, могут возникнуть трудности при исключении перелома.

Шаг спирали

Шаг спирали характеризует степень перемещения стола в мм за одно вращение и толщину среза. Медленное продвижение стола формирует сжатую спираль. Ускорение перемещения стола без изменения толщины среза или скорости вращения создает пространство между срезами на получаемой спирали.

Наиболее часто шаг спирали понимают как отношение перемещения (подачи) стола при обороте гентри, выраженное в мм, к коллимации, также выраженной в мм.

Поскольку размерности (мм) в числителе и знаменателе уравновешены, шаг спирали - величина безразмерная. Для МСКТ за т. н. объемный шаг спирали обычно принимают отношение подачи стола к одиночному срезу, а не к полной совокупности срезов вдоль оси Z. Для примера, который был использован выше, объемный шаг спирали равен 16 (24 мм / 1,5 мм). Тем не менее, существует тенденция возврата к первому определению шага спирали.

Новые сканеры дают возможность выбора краниокаудального (ось Z) расширения области исследования по топограмме. Также по мере необходимости корректируются время оборота трубки, коллимирование среза (тонкий или толстый срез) и время исследования (промежуток задержки дыхания). Программное обеспечение, например, «SureView», рассчитывает соответствующий шаг спирали, обычно устанавливая величину между 0,5 и 2,0.

Коллимирование среза: разрешение вдоль оси Z

Разрешение изображения (вдоль оси Z или оси тела пациента) может также быть адаптировано к конкретной диагностической задаче с помощью коллимирования. Срезы толщиной от 5 до 8 мм полностью соответствуют стандартному исследованию брюшной полости. Однако точная локализация небольших фрагментов переломов костей или оценка едва различимых легочных изменений требуют использования тонких срезов (от 0,5 до 2 мм). Что определяет толщину среза?

Термин коллимирование определяют как получение тонкого или толстого среза вдоль продольной оси тела пациента (ось Z). Врач может ограничить веерообразное расхождение пучка излучения от рентгеновской трубки коллиматором. Размер отверстия коллиматора регулирует прохождение лучей, которые попадают на детекторы позади пациента широким или узким потоком. Сужение пучка излучения позволяет улучшить пространственное разрешение вдоль оси Z пациента. Коллиматор может быть расположен не только сразу на выходе из трубки, но также непосредственно перед детекторами, то есть «позади» пациента, если смотреть со стороны источника рентгеновского излучения.

Зависимая от ширины отверстия коллиматора система с одним рядом детекторов позади пациента (одиночный срез) может выполнять срезы толщиной 10 мм, 8 мм, 5 мм или даже 1 мм. КТ-исследование с получением очень тонких сечений именуется «КТ высокого разрешения» (ВРКТ). Если толщина срезов меньше миллиметра - говорят о «КТ сверхвысокого разрешения» (СВРКТ). СВРКТ, применяемая для исследования пирамиды височной кости со срезами толщиной около 0,5 мм, выявляет тонкие линии перелома, проходящие через основание черепа или слуховые косточки в барабанной полости). Для печени высококонтрастное разрешение используется с целью обнаружения метастазов, при этом требуются срезы несколько большей толщины.

Схемы расстановки детекторов

Дальнейшее развитие односрезовой спиральной технологии привело к внедрению мультисрезовой (мультиспиральной) методики, при которой используется не один, а несколько рядов детекторов, расположенных перпендикулярно оси Z напротив источника рентгеновского излучения. Это дает возможность одновременно собирать данные с нескольких сечений.

В связи с веерообразным расхождением излучения ряды детекторов должны иметь разную ширину. Схема расстановки детекторов заключается в том, что ширина детекторов увеличивается от центра к краю, что позволяет варьировать комбинациями толщины и количества получаемых срезов.

Например, 16-срезовое исследование может быть выполнено с 16 тонкими срезами высокого разрешения (для Siemens Sensation 16 это методика 16 х 0,75 мм) или с 16 сечениями вдвое большей толщины. Для подвздошно-бедренной КТ-ангиографии предпочтительно получение объемного среза за один цикл вдоль оси Z. При этом ширина коллимирования 16 х 1,5 мм.

Развитие КТ-сканеров не закончилось 16 срезами. Сбор данных можно ускорить, используя сканеры с 32 и 64 рядами детекторов. Однако тенденция к уменьшению толщины срезов ведет к повышению дозы облучения пациента, что требует дополнительных и уже осуществимых мероприятий по снижению воздействия излучения.

При исследовании печени и поджелудочной железы многие специалисты предпочитают уменьшать толщину срезов с 10 до 3 мм для улучшения резкости изображения. Однако это увеличивает уровень помех приблизительно на 80 %. Поэтому, чтобы сохранить качество изображения, нужно или дополнительно прибавить силу тока на трубке, т. е. повысить силу тока (мА) на 80 %, или увеличить время сканирования (возрастает произведение мАс).

Алгоритм реконструкции изображений

Спиральная компьютерная томография имеет дополнительное преимущество: в процессе восстановления изображения большинство данных не измеряются фактически в конкретном срезе. Взамен этого, измерения, полученные за пределами этого среза, интерполируются с большинством значений вблизи среза и становятся данными, закрепленными за этим срезом. Другими словами: результаты обработки данных вблизи среза являются более важными для восстановления изображения конкретного сечения.

Из этого следует интересный феномен. Доза пациента (в мГр) определяется как мАс за вращение, разделенное на шаг спирали, а доза на одно изображение приравнивается к мАс за вращение без учета шага спирали. Если, например, выставлены настройки 150 мАс за вращение с шагом спирали 1,5, то доза пациента составляет 100 мАс, а доза, приходящаяся на изображение, - 150 мАс. Поэтому использование спиральной технологии может улучшить контрастное разрешение выбором высокого значения мАс. При этом появляется возможность увеличить контрастность изображения, тканевое разрешение (четкость изображения) за счет уменьшения толщины среза и подобрать такой шаг и длину интервала спирали, чтобы доза пациента уменьшалась! Таким образом, большое количество срезов может быть получено без увеличения дозы или нагрузки на рентгеновскую трубку.

Эта технология особенно важна при преобразовании полученных данных в 2-мерные (сагиттальную, криволинейную, корональную) или 3-мерные реконструкции.

Данные измерений от детекторов пропускаются, профайл за профайлом, к электронной части детектора как электрические сигналы, соответствующие фактическому ослаблению рентгеновского излучения. Электрические сигналы оцифровываются и затем пересылаются на видеопроцессор. На этом этапе реконструкции изображения используется метод «конвейера», состоящий из предварительной обработки, фильтрации и обратного проектирования.

Предварительная обработка включает все исправления, произведенные для подготовки полученных данных для восстановления изображения. Например, исправление темнового тока, выходного сигнала, калибровки, коррекция дорожек, увеличение жесткости излучения и др. Эти корректировки выполняются для уменьшения вариаций в работе трубки и детекторов.

Фильтрация использует отрицательные величины для коррекции размазывания изображения, присущего обратному проектированию. Если, например, сканируется цилиндрический водный фантом, который воссоздается без фильтрации, края его окажутся крайне расплывчатыми. Что произойдет, когда восемь профайлов ослабления накладываются друг на друга для восстановления изображения? Так как некоторая часть цилиндра измеряется двумя совмещенными профайлами, вместо реального цилиндра получается звездчатое изображение. Вводя отрицательные величины за пределами положительной составляющей профайлов ослабления, удается достичь того, что края этого цилиндра становятся четкими.

Обратное проектирование перераспределяет данные свернутого скана в 2-мерную матрицу изображения, отображая порченные срезы. Это выполняется, профайл за профайлом, до завершения процесса воссоздания образа. Матрицу изображения можно представить в виде шахматной доски, но состоящей из 512 x 512 или 1024 х 1024 элементов, обычно называемых «пикселями». В результате обратного проектирования каждому пикселю в точности соответствует заданная плотность, которая на экране монитора имеет различные оттенки серого цвета, от светлого до темного. Чем светлее участок экрана, тем выше плотность ткани в пределах пикселя (например, костные структуры).

Влияние напряжения (кВ)

Когда исследуемая анатомическая область характеризуется высокой поглощающей способностью (например, КТ головы, плечевого пояса, грудного или поясничного отделов позвоночника, таза или просто полного пациента), целесообразно использовать повышенное напряжение или, взамен этого, более высокие значения мА. При выборе высокого напряжения на рентгеновской трубке, вы увеличиваете жесткость рентгеновского излучения. Соответственно, рентгеновские лучи гораздо легче проникают через анатомическую область с высокой поглощающей способностью. Положительной стороной этого процесса является снижение низкоэнергетических компонентов излучения, которые поглощаются тканями пациента, не влияя на получение изображения. Для обследования детей и при отслеживании болюса KB может быть целесообразным использование более низкого напряжения, чем в стандартных установках.

Сила тока трубки (мАс)

Сила тока, измеряемая в миллиампер-секундах (мАс), также оказывает влияние на дозу облучения, получаемую пациентом. Крупному больному для получения качественного изображения требуется увеличение силы тока трубки. Таким образом, более тучный пациент получает большую дозу облучения, чем, например, ребенок с заметно меньшими размерами тела.

Области с костными структурами, которые больше поглощают и рассеивают излучение, такие как плечевой пояс и таз, нуждаются в большей силе тока трубки, чем, например, шея, брюшная полость худощавого человека или ноги. Эта зависимость активно используется при защите от облучения.

Время сканирования

Следует выбрать максимально короткое время сканирования, особенно при исследовании брюшной полости и грудной клетки, где сокращения сердца и перистальтика кишечника могут ухудшить качество изображения. Качество КТ-исследования также улучшается при снижении вероятности непроизвольных движений пациента. С другой стороны, может возникать необходимость более длительного сканирования для сбора достаточного количества данных и максимального пространственного разрешения. Иногда выбор продленного времени сканирования со снижением силы тока используется сознательно с целью продления срока эксплуатации рентгеновской трубки.

Трехмерная реконструкция

В связи с тем, что при спиральной томографии собирается объем данных для целой области тела пациента, визуализация переломов и кровеносных сосудов заметно улучшилась. Применяют несколько различных методов трехмерной реконструкции:

Проекция максимальной интенсивности (Maximal Intensity Projection), MIP

MIP - это математический метод, посредством которого из двухмерного или трехмерного набора данных извлекаются гиперинтенсивные воксели. Воксели выбираются из набора данных, полученных иод различными углами, и затем проецируются как двухмерные изображения. Трехмерный эффект получают изменением угла проецирования с малым шагом, и затем, визуализируя восстановленное изображение в быстрой последовательности (т. е. в динамическом режиме просмотра). Этот метод часто используется при исследовании кровеносных сосудов с контрастным усилением.

Мультипланарная реконструкция (Multiplanar Reconstruction), MPR

Эта методика делает возможной реконструкцию изображения в любой проекции, будь то корональная, сагиттальная или криволинейная. MPR является ценным инструментом в диагностике переломов и в ортопедии. Например, традиционные аксиальные срезы не всегда дают полную информацию о переломах. Тончайший перелом без смещения отломков и нарушения кортикальной пластинки может быть более эффективно обнаружен с помощью MPR.

Трехмерная реконструкция затененных поверхностей (Surface Shaded Display), SSD

Этот метод воссоздает поверхность органа или кости, определенную выше заданного порога в единицах Хаунсфилда. Выбор угла изображения, так же как местоположение гипотетического источника света, является ключевым фактором для получения оптимальной реконструкции (компьютер вычисляет и удаляет с изображения участки затенения). На поверхности кости четко виден перелом дистальной части лучевой кости, продемонстрированный с помощью MPR.

Трехмерная SSD также используется при планировании хирургического вмешательства, как в случае травматического перелома позвоночника. Меняя угол изображения, легко обнаружить компрессионный перелом грудного отдела позвоночника и оценить состояние межпозвоночных отверстий. Последние можно исследовать в нескольких различных проекциях. На сагиттальной МПР виден костный фрагмент, который смещается в спинномозговой канал.

Основные правила чтения компьютерных томограмм

Анатомическая ориентация

Изображение на мониторе - не просто 2-мерное отображение анатомических структур, оно содержит данные о средней величине поглощения тканями рентгеновского излучения, представленное матрицей, состоящей из 512 x 512 элементов (пикселей). Срез имеет определенную толщину (d S) и представляет собой сумму кубовидных элементов (вокселей) одинакового размера, объединенных в матрицу. Эта техническая особенность лежит в основе эффекта частного объема, объясняемого ниже. Получаемые изображения обычно представляют собой вид снизу (с каудальной стороны). Поэтому правая сторона пациента находится на изображении слева и наоборот. Например, печень, расположенная в правой половине брюшной полости, представлена на левой стороне изображения. А органы, расположенные слева, такие как желудок и селезенка, видны на картинке справа. Передняя поверхность тела, в данном случае представленная передней брюшной стенкой, определяется в верхней части изображения, а задняя поверхность с позвоночником - снизу. Тот же принцип формирования изображения используется при традиционной рентгенографии.

Эффекты частного объема

Рентгенолог сам устанавливает толщину среза (d S). Для исследования грудной и брюшной полостей обычно выбирают 8 - 10 мм, а для черепа, позвоночника, глазниц и пирамид височных костей - 2 - 5 мм. Поэтому структуры могут занимать всю толщину среза или только часть ее. Интенсивность окраски вокселя по серой шкале зависит от среднего коэффициента ослабления для всех его компонентов. Если структура имеет одинаковую форму по всей толщине среза, она будет выглядеть четко очерченной, как в случае брюшной аорты и нижней полой вены.

Эффект частного объема возникает, когда структура занимает не всю толщину среза. Например, если срез включает только часть тела позвонка и часть диска, то их контуры оказываются нечеткими. То же самое наблюдается, когда орган суживается внутри среза. Это является причиной плохой четкости полюсов почки, контуров желчного и мочевого пузыря.

Различие между узловыми и трубчатыми структурами

Важно уметь отличать увеличенные и патологически измененные ЛУ от сосудов и мышц, попавших в поперечное сечение. Сделать это только по одному сечению бывает очень сложно, потому что эти структуры имеют одинаковую плотность (и одинаковый оттенок серого). Поэтому следует всегда анализировать соседние срезы, расположенные краниальнее и каудальнее. Уточнив, на скольких срезах видна данная структура, можно решить дилемму, видим ли мы увеличенный узел или более-менее длинную трубчатую структуру: лимфоузелбудет определяться только на одном - двух срезах и не визуализируется на соседних. Аорта, нижняя полая венаи мышцы, например, пояснично-подвздошная, видны на протяжении серии кранио-каудальных изображений.

Если возникло подозрение на увеличенное узловое образование на одном срезе, то врачу следует немедленно сравнить соседние сечения, чтобы четко определить, не является ли это «образование» просто сосудом или мышцей в поперечном сечении. Такая тактика хороша и тем, что дает возможность быстро установить эффект частного объема.

Денситометрия (измерение плотности тканей)

Если не известно, например, является ли жидкость, найденная в плевральной полости, выпотом или кровью, измерение ее плотности облегчает дифференциальный диагноз. Точно так же, денситометрию можно применить при очаговых образованиях в паренхиме печени или почек. Однако не рекомендуется делать заключение на основании оценки одиночного вокселя, т. к. подобные измерения малодостоверны. Для большей надежности следует расширить «область интереса», состоящую из нескольких вокселей в очаговом образовании, какой-либо структуре или объеме жидкости. Компьютер рассчитывает среднюю плотность и величину стандартного отклонения.

Следует быть особенно внимательным и не упустить артефакты увеличения жесткости излучения или эффекты частного объема. Если образование распространяется не на всю толщину среза, то измерение плотности включает в себя соседствующие с ним структуры. Плотность образования будет измерена корректно, только если оно заполняет всю толщину среза (d S). В этом случае более вероятно, что измерения будут затрагивать само образование, а не соседние структуры. Если ds больше, чем диаметр образования, например, очаг маленьких размеров, это приведет к проявлению эффекта частного объема на любом уровне сканирования.

Уровни плотности различных типов тканей

Современные аппараты способны охватить 4096 оттенков серой шкалы, которыми представлены различные уровни плотности в единицах Хаунсфилда (HU). Плотность воды произвольно была принята за 0 HU, а воздуха за - 1000 HU. Экран монитора может отображать максимум 256 оттенков серого. Однако человеческий глаз способен различить только около 20. Поскольку спектр плотностей тканей человека простирается шире, чем эти довольно узкие рамки, можно выбрать и отрегулировать окно изображения таким образом, чтобы были видны только ткани требуемого диапазона плотности.

Средний уровень плотности окна необходимо установить как можно ближе к уровню плотности исследуемых тканей. Легкое, из-за повышенной воздушности, лучше исследовать в окне с настройками низкого значения HU, тогда как для костной ткани уровень окна следует значительно повысить. От ширины окна зависит контрастность изображения: суженное окно более контрастно, поскольку 20 оттенков серого перекрывают только малую часть шкалы плотностей.

Важно отметить, что уровень плотности почти всех паренхиматозных органов находится в пределах узких границ между 10 и 90 HU. Исключением являются легкие, поэтому, как было указано выше, необходимо установить специальные параметры окна. В отношении кровоизлияний следует принять в расчет, что уровень плотности недавно свернувшейся крови примерно на 30 HU выше, чем свежей крови. Затем уровень плотности снова падает в участках старого кровоизлияния и в зонах лизиса тромбов. Экссудат с содержанием белка более 30 г/л нелегко отличить от транссудата (с содержанием белка ниже 30 г/л) при стандартных настройках окна. В дополнение следует сказать, что высокая степень совпадения плотностей, например, у лимфоузлов, селезенки, мышц и поджелудочной железы, делает невозможным установить принадлежность ткани только на основании оценки плотности.

В заключение следует отметить, что обычные значения плотностей тканей также индивидуальны у разных людей и меняются под влиянием контрастных препаратов в циркулирующей крови и в органе. Последний аспект имеет особое значение для исследования мочеполовой системы и касается в/в введения КВ. При этом контрастный препарат быстро начинает выделяться почками, что приводит к повышению плотности паренхимы почек во время сканирования. Этот эффект можно использовать для оценки функции почек.

Документирование исследований в различных окнах

Когда изображение получено, для документирования исследования необходимо перенести снимок на пленку (сделать твердую копию). Например, при оценке состояния средостения и мягких тканей грудной клетки устанавливается такое окно, что мышцы и жировая ткань четко визуализируются оттенками серого цвета. При этом используется мягко-тканное окно с центром на 50 HU и шириной 350 HU. В результате серым цветом представлены ткани плотностью от -125 HU (50-350/2) до +225 HU (50+350/2). Все ткани с плотностью ниже чем -125 HU, такие как легкое, выглядят черными. Ткани с плотностью выше +225 HU - белыми, а их внутренняя структура не дифференцируется.

Если необходимо исследовать паренхиму легких, например, когда исключают узловые образования, центр окна должен быть снижен до -200 HU, а ширина увеличена (2000 HU). При использовании данного окна (легочное окно), лучше дифференцируются структуры лёгкого с низкой плотностью.

Для достижения максимальной контрастности между серым и белым веществом головного мозга следует выбрать специальное мозговое окно. Так как плотности серого и белого вещества различаются незначительно, мягкотканное окно должно быть очень узким (80 - 100 HU) и высококонтрастным, а его центр должен находиться в середине значений плотности мозговой ткани (35 HU). При таких установках невозможно исследовать кости черепа, т. к. все структуры плотнее 75 - 85 HU выглядят белыми. Поэтому центр и ширина костного окна должны быть значительно выше - около +300 HU и 1500 HU, соответственно. Метастазы в затылочной кости визуализируются только при использовании костного. но не мозгового окна. С другой стороны, головной мозг практически не виден в костном окне, поэтому небольшие метастазы в веществе мозга будут незаметны. Следуем всегда помнить эти технические детали, т. к. на пленку в большинстве случаев не переносят изображения во всех окнах. Врач, проводящий исследование, просматривает изображения на экране во всех окнах, чтобы не пропустить важные признаки патологии.

Рентгеновская компьютерная томография (РКТ) ─ метод исследования, при котором компьютер воссоздает модель изучаемого объекта после его послойного сканирования с помощью узкого пучка рентгеновского излучения.

Проведение компьютерной томографии

Открытием метода компьютерной томографии мы обязаны А. Кормаку и Г. Хаунсфилду, ставшими в 1979 году Нобелевскими лауреатами.

Основывается метод на том, что рентгеновское излучение имеет особенность ослабевать в разной мере при прохождении через среды организма, в зависимости от плотности последних. Плотнее всего в теле человека костная ткань, а самой малой плотностью обладают легкие. В память о создателе метода, за единицу плотности исследуемой ткани принято считать единицу Хаунсфилда (HU).

Истоки метода

Своими истоками метод компьютерной томографии уходит в Южно-Африканскую республику середины 20-го столетия.

Физик А. Кормак, посчитав несовершенными все имеющиеся методики исследования мозга в больнице Кейптауна, изучал взаимодействие пучков рентгеновского излучения и вещества головного мозга. Позднее, в 1963 году им была опубликована статья о возможности создать трехмерную модель головного мозга. Только спустя 7 лет, командой инженеров, во главе с Г. Хаунсфилдом, была собрана первая установка, о которой говорил А. Кормак. Первым объектом исследования стал препарат головного мозга, консервированный в формалине ─ это сканирование длилось целых 9 часов! А в 1972 году томографию впервые сделали живому человеку ─ женщине с опухолевым поражением головного мозга.

Разработчик компьютерной томографии

Как получается изображение?

В компьютерном томографе по окружности расположены излучатель и датчик рентгеновского излучения. Из излучателя поступает рентгеновское излучение в виде узкого пучка. При прохождении сквозь ткани, луч ослабляется в зависимости от плотности и атомного состава изучаемой области.

Датчик, уловив излучение, усиливает его, преобразует в электросигналы и посылает в виде цифрового кода на компьютер.

Множество описанных пучков проходят через интересующую врача область человеческого тела, двигаясь по окружности и, к тому времени, как исследование заканчивается, в памяти компьютера уже находятся сигналы от всех датчиков. После их обработки, компьютер реконструирует изображение, а доктор его изучает. Врач может масштабировать отдельные области, выделять интересующие фрагменты изображения, узнать точную величину органов, количество и структуру патологических образований.

С момента появления первого томографического аппарата прошло совсем немного времени, однако эти аппараты уже имеют немалую историю развития. Постепенно продолжает увеличиваться количество детекторов, соответственно этому увеличивается объем изучаемой области, уменьшается время исследования.

Эволюция компьютерных томографов

Современный мультисрезовый компьютерный томограф

Первая установка имела всего один излучатель, направленный на один детектор. На каждый слой необходим один оборот (около 4 мин.) излучателя. Исследование продолжительно, разрешающая способность оставляет желать лучшего.
Во втором поколении аппаратов напротив одного излучателя установлено несколько детекторов, время создания одного среза около 20 с.
С дальнейшим развитием компьютерных томографов появилась спиральная компьютерная томография. Излучатель и датчики уже синхронно вращаются, что еще больше сократило время исследования. Стало больше детекторов и в процессе обследования начинает двигаться стол. Движение рентгеновского излучателя по кругу вместе с поступательным продольным движением стола с пациентом, по отношению к исследуемому происходит по спирали, откуда и название методики.
Мультиспиральные (мультисрезовые) томографы. Четвертое поколение компьютерных томографов имеет в себе около тысячи датчиков, расположенных по окружности в несколько рядов. Вращается только источник излучения. Время сократилось до 0,7 с.

В двухспиральных томографах находится 2 ряда детекторов, в четырехспиральных ─ 4. Таким образом, в зависимости от количества датчиков и особенностей рентгеновских трубок в настоящее время выделяют 32-, 64- и 128-срезовые мультиспиральные компьютерные томографы. Уже созданы 320-срезовые томографы и скорее всего, разработчики не остановятся и на этом.

Помимо нативного исследования, существует особая методика проведения томографии ─ так называемая, усиленная компьютерная томография. При этом, сначала в организм пациента вводится рентгеноконтрастное вещество, а затем проводится РКТ. Контраст способствует лучшему поглощению рентгеновского излучения и получению более четкого и ясного изображения.

Что представляет собой результат обследования?

То, что видит врач после исследования на компьютерном томографе представляет собой карты распределения коэффициентов изменения (ослабления) рентгеновского излучения. Для правильной расшифровки этих данных специалист обязан обладать определенной квалификацией.

Как проходит исследование и где его проводят?

Специальной подготовки к компьютерной томографии в большинстве случаев не требуется. Ряд КТ-исследований, например, обследование желчного пузыря должно производиться натощак. При исследовании брюшной полости желательно за 48 часов до исследования придерживаться питания с исключением продуктов, вызывающих повышенное газообразование (капуста, бобовые, черный хлеб). При метеоризме следует принять адсорбирующие средства.

Проведение исследования или отказ от него зависят от решения врача-рентгенолога, который определяет оптимальный в каждом индивидуальном случае объем и методику выполнения томографии.

Пациент размещен на столе компьютерного томографа

В процессе обследования пациент ложится на специальный стол, который будет постепенно двигаться по отношению к раме томографа. Требуется лежать неподвижно, выполняя все инструкции врача: он может попросить задержать дыхание или не глотать, в зависимости от области и цели исследования. При необходимости вводят контрастное вещество.

В отличие от аппарата МРТ, отверстие в раме компьютерного томографа значительно шире, что позволяет беспрепятственно делать это исследование пациентам, страдающим клаустрофобией.

Исследование можно пройти в экстренном, а также в плановом порядке в лечебных учреждениях, оснащенных соответствующим оборудованием.

В частных медицинских центрах можно сделать компьютерную рентгеновскую спиральную или мультиспиральную томографию платно.

Показания

Компьютерная томография может применяться для профилактического обследования, а также в плановом и экстренном порядке для диагностики заболеваний, контроля результатов консервативного и оперативного лечения различных болезней или проведения манипуляций (пункций, прицельных биопсий).

С помощью этого метода диагностируется множество заболеваний различных органов и систем. Применяют при травмах различной локализации, политравме.

Компьютерная томография позволяет определить локализацию опухолевых поражений ─ метод необходим для максимально точной наводки источника радиоактивного излучения на опухоль при проведении лучевой терапии.

Все чаще КТ сейчас проводят тогда, когда другие способы диагностики не дают достаточной информации, она необходима при планировании хирургического вмешательства.

КТ на сегодняшний день — ведущий метод диагностики многих патологий

Противопоказания и лучевая нагрузка

Абсолютных противопоказаний к исследованию нет.

Среди относительных:

Дети до 15 лет. Однако, у некоторых компьютерных томографов существуют специальные программы, предназначенные для детей, которые позволяют уменьшить лучевую нагрузку на организм.
Беременность.

Относительные противопоказания для компьютерной томографии с контрастированием:

Беременность.
Непереносимость контрастного вещества.
Тяжелые эндокринные заболевания.
Почечная недостаточность.
Заболевания печени.

В каждом случае решение принимается врачом индивидуально. Если проведение исследования оправдывает себя ─ его проводят, даже при наличии противопоказаний.

Альтернативные методы исследования

Компьютерная томография применяется все чаще и чаще, помогает врачам как в диагностике, так и при проведении лечения. К этому способу диагностики прибегают часто уже после применения других методов: УЗИ, рентгенографии.

Аппарат УЗИ и рентгеновская установка

В отличие от рентгена на КТ видны не только кости и воздухоносные структуры (пазухи, легкие), но и мягкие ткани. Лучевая нагрузка больше, чем при рентгенографии из-за того, что для воссоздания изображения требуется множество снимков.

Альтернативой КТ является МРТ. Последняя применяется при непереносимости контрастного вещества и более информативна для более точной диагностики патологии мягких тканей.

Компьютерная томография, хотя и остается дорогостоящим методом, имеет преимущества:

Точнее всего визуализирует костные структуры, стенки сосудов, внутричерепные кровотечения.
Занимает меньше времени, чем МРТ.
Оптимальна для тех, кому противопоказана МРТ ─ кардиостимуляторы, металлические имплантаты, клаустрофобия.
Незаменима при планировании хирургических вмешательств.

Данный метод был впервые использован в 1972 г. Он основан на измерении и последующей обработке данных о различии ослабления рентгеновского излучения тканями, отличающимися по плотности.

КТ используют для визуализации камер сердца, крупных сосудов, перикарда и расположенных рядом тканей. На практике КТ наиболее часто используют для визуализации аорты при подозрении на расслоение аорты. Спиральная КТ имеет вращающуюся раму, которая получает изображения быстрее, чем за одну секунду. Дальнейшие разработки спиральной КТ привели к созданию мультиспиральной КТ, которая может получить до 32-64 срезов за один оборот рамы. На полученных изображениях практически исключены помехи, вызванные движением тела.

В настоящее время стала возможной неинвазивная визуализация коронарных артерий. Пространственное разрешение КТ позволяет получать изображения проксимальных частей коронарных артерий, по качеству сравнимые с обычной коронароангиографией. Коронарные обходные шунты тоже можно хорошо увидеть с помощью спиральной КТ, и в некоторых лечебных учреждениях состояния шунта оценивают с использованием именно этой технологии. Также можно определите кальцификацию коронарных артерий, что напрямую коррелирует со степенью атеросклеротического поражения. Следовательно, количественное определение кальция можно использовать для стратификации риска.

Изображения, получающиеся посредством использования метода рентгеновской компьютерной томографии, имеют определенные аналоги в истории анатомии. Следует упомянуть, что еще великий русский физиолог Н. И. Пирогов разработал и внедрил в практику метод изучения взаиморасположения органов и тканей, названный «топографической анатомией». Предложенный метод заключался в послойном иссечении замороженных тканей («ледяная анатомия») в 3 направлениях. На основе метода был издан атлас, иллюстрации в котором по сути напоминали изображения, полученные с помощью томографа.

Современные методики получения послойных изображений, разумеется, имеют массу преимуществ. Это возможность прижизненной диагностики и осуществления компьютерной реконструкции в 3 плоскостях. При помощи методик можно не только устанавливать размеры и взаиморасположение органов и тканей, но и производить изучение их структурных особенностей и ряда физиологических характеристик.

Для оценки плотности структур организма, исследуемых с помощью метода компьютерной томографии, применяется специальная градация ослабления рентгеновского излучения, называемая шкалой Хаунсфилда. Отражением данной шкалы на мониторе томографа является черно-белый спектр полученного изображения. Диапазон ослабления рентгеновского излучения составляет от -1024 до +3071, т. е. 4096 условных единиц ослабления. Средний показатель в данной шкале соответствует плотности воды, отрицательные цифры - воздуху и жировой ткани (малая плотность), а положительные цифры - мягким тканям и костям (более высокая плотность). Следует учитывать, что шкалы разных аппаратов могут отличаться между собой.

При работе с компьютерным томографом важно помнить, что «рентгеновская плотность» - относительное и усредненное понятие. Так, перенасыщенные жиром мягкие ткани могут иметь плотность, соответствующую плотности воды, что иногда затрудняет определение характера исследуемой структуры.

Неотъемлемой частью аппарата для проведения томографии является значительный по объему пакет программного обеспечения. Он дает возможность проводить весь спектр компьютерно-томографических исследований. Причем он может быть дополнен за счет узкоспециализированных программ, делающих поправки на сферу применения каждого отдельно взятого аппарата.

Коллимация рентгеновских лучей, проходящих через тело человека, позволяет получить серию аттенуированных изображений, которые с помощью компьютера формируют поперечные «срезы» объекта (обычно шаг срезов составляет 3-8 мм, что зависит от прибора, а также от клинической задачи, поставленной перед специалистом). В последнее время на смену последовательной съемке пришла методика непрерывной регистрации изображения (спиральная КТ). Контрастности тканей достигают за счет того, что ткани ослабляют рентгеновское излучение в разной степени. Всю брюшную полость можно просканировать за одну задержку дыхания. Ожирение положительно сказывается на качестве КТ (в отличие от УЗИ). Разделенная во времени съемка с введением внутривенных контрастных веществ на основе йода может проявить характерные особенности патологического процесса в артериальную и венозную фазу кровообращения или обозначить портальный венозный кровоток. Режим съемки всегда зависит от того, какой орган интересует исследователя или какова поставленная клиническая задача.

Показания для КТ при болезнях ЖКТ весьма разнообразны. К ним относят исследования при остром животе; диагностику и определение стадии злокачественных образований; оценку того, что происходит при другой патологии поджелудочной железы, поражениях билиарного тракта и печени; выявление внутрибрюшных скоплений жидкости. Отдельно обсуждают КТ-пневмоколонографию. В зависимости от анатомии места расположения и опыта специалиста под контролем КТ или УЗИ можно осуществлять прицельную биопсию патологически измененных тканей.

Противопоказаний для КТ мало. К ним относят непереносимость йода (этот вопрос следует обсудить с радиологом, так как почти всегда ценную информацию можно извлечь из КТ без контрастирования).

В КТ рентгеновский источник и детектор рентгеновского излучения, расположенные в конструкции в форме бублика, двигаются циркулярно вокруг пациента, лежащего на механизированном столе, который перемещается сквозь устройство. Обычно используются мультиде-текторные сканеры с 4-64 или более рядами детекторов, т.к. большее число детекторов позволяет сканировать быстрее и с более высоким разрешением изображений.

Данные от датчиков, по существу, представляют собой серию рентгеновских снимков, сделанных под разными углами вокруг пациента. Однако изображения не рассматриваются непосредственно, а отправляются на компьютер, который быстро реконструирует их в 2-мерные изображения (томограммы), представляющие срез тела в любой желаемой плоскости. Данные также можно использовать для построения подробного 3-мерного изображения. У некоторых КТ стол движется постепенно и останавливается при каждом сканировании. У других КТ стол во время сканирования движется непрерывно; т.к. пациент движется по прямой линии и детекторы движутся по кругу, серии изображений делаются по спирали вокруг пациента - отсюда и термин «спиральная КТ».

Эти же принципы томографических изображений можно применять к радиоизотопному сканированию, при котором датчики для испускаемого излучения окружают пациента, а вычислительная техника преобразует данные датчиков в томографические изображения; примеры - однофотонная эмиссионная КТ (ОФЭКТ) и ПЭТ.

Лучевая нагрузка при проведении КТ области живота велика (эквивалентна выполнению 500 рентгеновских снимков грудной клетки или 3,3 годам воздействия фонового излучения), поэтому в отношении молодых людей и больных, нуждающихся в повторных исследованиях, всегда необходимо учитывать возможные альтернативные подходы. Проведения КТ следует избегать при беременности, особенно в I триместре.

ПЭТ - лучевой метод получения изображения. Используют фармакологические препараты с включением радиоактивных элементов с коротким временем полураспада, что позволяет оценить различные аспекты функции сердца в разных областях:

Общая и локальная функция левого желудочка.
Кровоток в миокарде.
Метаболизм миокарда: метаболизм глюкозы и жирных кислот, потребление кислорода.
Фармакология: Р-адренергические и мускариновые рецепторы симпатическая иннервация, миокардиальный АПФ (ангиотензин-превращающий фермент) и рецепторы ангиотензина II.
Экспрессия генов миокарда.

Клиническое применение

Определение жизнеспособности миокарда. Основное клиническое применение в кардиологии ПЭТ - определение жизнеспособности миокарда у больных ИБС со сниженной функцией левого желудочка, которая может быть улучшена путем выполнения хирургической или чрескожной коронарной реваскуляризации. Показано, что ПЭТ имеет высокую чувствительность при прогнозировании восстановления функции левого желудочка после реваскуляризации, а также позволило понять основные механизмы развития дисфункции левого желудочка у пациентов с ИБС.

По сравнению с простой рентгенографией томографические срезы КТ дают более пространственную детализацию и позволяют лучше различать уплотнения мягких тканей. Так как КТ предоставляет гораздо больше информации, она предпочтительнее обычной рентгенографии для получения изображений большинства тканей головного мозга, головы, шеи, позвоночника, груди и брюшины. Трехмерные изображения поражений могут помочь хирургам планировать операцию. КТ является наиболее точным исследованием для обнаружения и локализации камней в мочевом пузыре.

КТ может быть сделана с или без внутривенного вливания рентгеноконтрастного вещества. Неконтрастная КТ используется для обнаружения острого кровоизлияния в мозг, камней в мочевом пузыре, узлов в легких, а также для определения переломов костей и других скелетных аномалий.

Контрастные вещества, вводимые орально или иногда ректально, применяются для визуализации органов брюшной полости; иногда, чтобы расширить нижний отдел желудочно-кишечного тракта и сделать его видимым, используется газ. Контрастное вещество в желудочно-кишечном тракте помогает отличить желудочно-кишечный тракт от окружающих структур. Стандартное контрастное вещество, вводимое перорально, производится на основе бария, но при подозрении на прободение кишечника или когда высок риск аспирации, следует применять низкоосмолярное йодированное контрастное вещество.

Исследовательское применение

Значительное количество параметров, доступных исследованию при помощи ПЭТ, позволяет оценить многие аспекты функции сердца и предоставить сведения о механизмах работы сердца при различных заболеваниях. Это исследование позволяет также оценить механизмы лечебного действия при используемых и внедряемых терапевтических методиках. Приведем ряд примеров:

Кровоток в миокарде и микроциркуляция: ИБС, гипертрофическая кардиомиопатия, аортальный стеноз, синдром X.
Метаболизм в миокарде и энергетический обмен в сердце: ишемическая кардиомиопатия, дилатационная кардиомиопатия.
Автономная функция сердца.

Вариации

Виртуальная колоноскопия. После введения газа в прямую кишку через гибкий резиновый катетер малого диаметра, выполняется КТ всей толстой кишки. Виртуальная колоноскопия производит 3-мерные изображения толстой кишки высокого разрешения, которые в некотором роде имитируют результаты оптической колоноскопии. Эта техника может показать полипы толстой кишки и поражения слизистой оболочки толстой кишки размером до 5 мм. Это альтернатива обычной колоноскопии.

КТ внутривенной пиелографии или урографии. Вводится внутривенно контрастное вещество. Процедура дает детальные изображения почек, мочеточников и мочевого пузыря. Она является альтернативой обычной внутривенной урографии.

КТ легочной ангиографии. После быстрой болюсной инъекции контрастного вещества быстро выполняются изображения в виде тонких срезов, в то время как контрастное вещество делает артерии и вены непрозрачными. Усовершенствованные методы компьютерной графики применяются для удаления изображения окружающих мягких тканей и обеспечения высокодетального изображения кровеносных сосудов, аналогичного обычной ангиографии.

Недостатки

На долю КТ приходится наибольшая доза диагностического радиационного облучения всех пациентов в целом. Если выполняются многочисленные сканирования, общая доза облучения может быть высокой, подвергая пациента потенциальному риску (см. гл. «Принципы рентгеновской визуализации. Опасности ионизирующего излучения»). Пациентам, у которых периодически наблюдаются камни в мочевыводящих путях или перенесшим серьезные травмы, скорее всего надо делать многократное КТ-сканирование. Всегда следует учитывать соотношение риска радиационного облучения и преимущества обследования.

В некоторых КТ применяют внутривенное контрастное вещество, вызывающее определенный риск. Если барий вытекает из сосудов в ткани за пределами просвета желудочно-кишечного тракта, он может вызвать серьезное воспаление; при вдыхании барий может вызвать тяжелую пневмонию. Барий может также затвердеть и сгуститься, потенциально способствуя развитию непроходимости кишечника. Гастрографин более безопасен, но контрастное вещество и снимки желудочно-кишечного тракта, которые он делает, не так хороши.

Стол КТ не подходит для очень тучных пациентов.

Сравнение позитронно-эмиссионной томографии с другими радионуклидными методами обследования сердца (гамма-камера, SPECT)

Преимущества:

Короткое время полураспада радиоактивных препаратов.
Возможность повторных исследований с небольшим интервалом.
Более качественное пространственное разрешение.
Возможность качественной оценки накопления радиоактивного препарата в органе позволяет численно определить физиологические параметры.
Циклотрон располагается в том же учреждении, где проводится исследование.

Недостатки:

Дорогой метод.
Ограниченный доступ.
Преимущественное использование в научных работах.

За последнее десятилетие МРТ сердца показала себя как важный метод исследования в диагностике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний.

Методика:

Используют сигналы, излучаемые протонами (ионы водорода присутствуют в большом количестве в живых организмах, так как значительная часть тела человека состоит из воды).
При использовании магнитного поля протоны выстраиваются параллельно (большинство) и перпендикулярно полю с результирующим вектором между ними.
Результирующий вектор изменяется при использовании разных типов короткого радиочастотного излучения.
При прекращении этого вторичного излучения вектор возвращается к исходной позиции и высвобождает энергию в виде радиоволн.
Существуют две формы восстановления сетчатого вектора - продольная и поперечная.

МРТ не требует ионизирующего излучения и позволяет получить множественные «срезы» сердца. МРТ используют для исследования разных органов, в том числе для визуализации аорты и расположения крупных сосудов, изучения камер сердца при врождённых пороках. Данные можно получать, обрабатывая сигнал, отражающийся от движущейся крови. Есть специальные алгоритмы и программы, показывающие скорость, наличие регургитации крови, стеноза клапанов. Также доступно проведение анализа движений стенки сосуда. Так, например, стенка левого желудочка легко визуализируется при МРТ, в то время как при ЭхоКГ её визуализировать сложнее.

Значительную роль играет МРТ при оценке жизнеспособности миокарда. Можно увидеть области гипоперфузии при сканировании в динамике на фоне введения контрастного вещества (например, гадолиния). При этом ишемию видно намного лучше, чем при использовании технологий ядерной медицины, что позволяет производить более точный подбор пациентов, которым требуется реваскуляризация.

Виды магнитно-резонансного исследования

Спин-эхо используют для оценки морфологии. Ткани организма, имеющие разную плотность, отличаются, текущая кровь отображается в темном цвете.
Гоадиент-эхо используют для исследования шунтов, поражений клапанов, крупных сосудов и оценки функции левого желудочка. Поток крови (т.е. поток протонов) вдоль магнитного градиента имеет магнитные векторы с фазой, изменяющейся пропорционально скорости потока, что позволяет проводить оценку динамических нарушений. Использующиеся более слабые различия по плотности тканей отображают поток крови в виде сигнала высокой интенсивности.

Использование магнитно-резонансной томографии сердца

Перечень возможностей МРТ постоянно расширяется:

Врожденные заболевания сердца. Полезно при исследовании сложных пороков сердца и крупных сосудов (анатомия и гемодинамика).
Функция желудочков. Особенно важно для определения систолической и диастолической функции левого и правого желудочков и выявления их опухолей. Полезно в определение эффективности нового метода лечения.
Заболевания аорты. Не уступает чреспищеводной ЭхоКГ и КТ в диагностике острого расслоения аорты. Отлично зарекомендовала себя в описательной анатомии расслоения аорты (источник, протяженность, объем поражения), особенно у пациентов с предшествующими заболеваниями аорты и операциями на аорте. При синдроме Марфана проведение ряда последовательных исследований позволяет выявить прогрессирование аневризмы. Внутристеночная гематома, бляшки.
Заболевания клапанов сердца. Основными методами диагностики при данных заболеваниях остаются чреспищеводная ЭхоКГ и катетеризация сердца. Более широко начинают использовать МРТ как метод с улучшенным отношением чувствитепьность/специфичность.
Кардиомиопатии. Выявляет морфологические признаки и позволяет провести оценку гемодинамики. При гипертрофической обструктивной кардиомиопатии данный метод позволяет выявить фиброз и нарушения перфузии. МРТ - один из методов диагностики аритмогенной кардиомиопатии правого желудочка.
Опухоли сердца и заболевания перикарде. Необходимо для оценки как первичного, так и метастатического опухолевого поражения сердца. Дает возможность определить локализацию и внесердечное распространение. Последовательное градиент-эхо позволяет оценить васкуляризацию опухоли. МРТ - наиболее предпочтительный метод диагностики заболеваний перикарда и выявления выпота в полости перикарда.

Магнитно-резонансная томография сердца

Преимущества:

Быстрые последовательные изображения.
Клинические признаки дополняют анатомическую, гемодинамическую и функциональную информацию при одинаковых снимках.
Неинвазивная методика (при диагностическом исследовании) в сравнении с ангиографией, чреспищеводной ЭхоКГ.
Высокое пространственное разрешение в сравнении с ЭхоКГ, КТ.
Нет ионизирующего облучения в сравнении с ангиографией и т.д.

Недостатки:

Клаустрофобия - вызывается узким закрытым пространством внутри томографа.
Недостаток адекватного наблюдения - электрическое искажение затрудняет применение данного метода у больных с нестабильной гемодинамикой, для которых как раз полезна точность МРТ сердца. Данный недостаток можно преодолеть при использовании специальных широких пластин (для мониторинга, кислородотерапии и т.д.), которые позволяют изолировать металлическое/электрическое оборудование.
Высокие затраты и отсутствие центров, проводящих МРТ. Необходимы высокие начальные финансовые затраты. Тем не менее данный метод исследования начинают широко использовать в клинической практике.

Металлические протезы остаются некоторой проблемой при проведении МРТ. Ферромагнетизм (свойство металлов притягиваться магнитным полем) сначала относился к железным конструкциям и их свойству притяжения в магнитном поле. Однако другие металлы также сильно магнетичны: кобальт, диспрозий, гадолиний и никель. Сплавы, содержащие данные металлы, в какой-либо степени будут обладать магнетизмом. Большинство протезов человека не являются сильными магнетиками, так как используемые для их создания сплавы железа содержат различные примеси для увеличения прочности и усиления антиоксидантных свойств.

Возможность повреждений при магнитно-резонансной томографии и наличии металлических предметов

Существует три основных механизма развития повреждений:

Ударное повреждение. Связано с дополнительным оборудованием (баллоны с кислородом, зажимы, ножницы и т.д.), которое находится в помещении МРТ. Сильное магнитное поле притягивает металлические предметы через комнату с явными последствиями. Поэтому все металлические предметы должны быть удалены из помещения МРТ или необходимо использовать безопасное оборудование.
Имплантированные протезы. Повреждение может возникнуть из-за внутреннего движения металлических протезов. Вероятное движение зависит от магнетических свойств протезе и сдерживания его движения окружающими тканями. Таким образом, бедренный протез имеет меньшую вероятность стать причиной повреждений, чем внутричерепная артериальная клипса.
Электрический ток. МРТ вызывает электрические ток в аппаратуре, способной к электропроводности, что приводит к накаливанию и термической травме. Примеры такого оборудования - провода кардиостимулятора, проводники, катетеры для катетеризации легочной артерии.

Оборудование и безопасность при проведении магнитно-резонансной томографии

Коронарные стенты.

Существует теоретический риск термического повреждения, а также риск внутреннего движения. Однако клинические исследования показали безопасность применения МРТ у данной группы больных.

Другие сосудистые стенты.

Соответствуют риску при коронарных стентах (производители часто рекомендуют ожидать от 6 до 52 ч после имплантации).

Проводники.

Могут вызвать термические повреждения (новые МРТ-проводники отличаются безопасностью для магнитно-резонансного исследования).

Протезные клапаны, кольца.

Все клапаны проявили себя безопасными, включая ранние баллонные и коробчатые клапаны.

Искусственный водитель ритма и имплантированный дефибриллятор сердца.

Существует опасность движения, термической травмы и электрического торможения импульсации. Использование МРТ связано с увеличением смертности. В настоящее время их использование не рекомендовано, однако рекомендации могут измениться при использовании новых (современных) томографов высокой надежности.

Внутрисердечные катетеры.

Полиуретановые и поливинилхлоридные безопасны. Прочие с наличием металлических частей (например, катетеры, плавающие в легочной артерии) могут быть причиной термического повреждения и небезопасны.

Интрааортальный баллонный насос и насос левого желудочка.

Небезопасны из-за возможности термического повреждения, внутреннего движения или механических неисправностей.

Провода для электрокардиографа.

Стандартные металлические провода опасны в связи с ожогами (могут быть тяжелыми). Новые углеродно-основные магнитно-резонансно совместимые отведения отвечают всем требованиям безопасности.

Стернальные швы, перикардиальные пошаговые швы.

Безопасны, но являются источниками артефактов

Спиральная компьютерная томография

Метод заключается в параллельном осуществлении постоянного вращения источника излучения вокруг тела обследуемого и постоянного поступательного движения стола, на котором размещается пациент, вдоль продольной оси сканирования. В отличие от более раннего метода - последовательной компьютерной томографии - скорость движения стола с пациентом может изменяться по мере надобности. Увеличение скорости движения пропорционально увеличивает площадь сканируемой области тела. Данная технология позволяет существенно сократить время исследования и снизить степень облучения обследуемого.

Многослойная компьютерная томография

Многослойная компьютерная томография - более совершенная методика. При ней рентгеновское излучение принимается несколькими рядами детекторов и используется объемная форма пучка рентгеновского излучения. Несомненные преимущества по сравнению со спиральной компьютерной томографией - это улучшение временного и пространственного разрешения вдоль продольной оси, увеличение скорости сканирования, а следовательно, уменьшение времени обследования. Так же к достоинствам этого метода относят существенное улучшение контрастного разрешения, увеличение обследуемой зоны и уменьшение степени облучения пациента.

Главным недостатком метода компьютерной томографии была и остается относительно высокая степень лучевой нагрузки на обследуемого человека, хотя с развитием технологий ее удалось существенно уменьшить.

Для улучшения визуального отличия органов друг от друга, а также различения нормальных и патологических структур в организме используются разнообразные методики контрастного усиления. В процессе этих исследований пациенту вводятся перорально либо внутривенно йодсодержащие препараты. В 1-м случае достигается максимальное контрастирование полых органов пищеварительного тракта. При внутривенном введении ренгеноконтрастных препаратов можно объективно оценить характер и степень накопления контрастного вещества тканями и органами пациента. Внутривенное контрастное усиление зачастую дает возможность уточнить характер обнаруженных патологических изменений, в том числе новообразований, и зафиксировать те из них, которые крайне сложно обнаружить в ходе стандартного исследования.

Компьютерная томография, как и другие методы исследования, имеет определенные показания. В качестве скринингового теста данная методика применяется при головных болях, черепно-мозговых травмах, не сопровождавшихся потерей сознания, при периодическом возникновении обморочных состояний, а также для исключения диагноза «рак легкого». Для экстренной диагностики компьютерная томография применяется при тяжелых травмах, наличии подозрений на кровоизлияние в мозг, повреждение крупного сосуда или на острые повреждения паренхиматозных органов. Для плановой диагностики компьютерная томография используется относительно редко, в целях окончательного подтверждения диагноза. В ряде случаев некоторые врачебные манипуляции, в частности пункции, также выполняют под контролем компьютерной томографии.

Для получения изображения на мониторе размером 200 х 200 пикселей система вычисления включает в себя 40 000 линейных уравнений.

Существует ряд противопоказаний к проведению этого исследования. Так, применение данного метода без использования рентгеноконтрастного вещества не допускается в периоде беременности и при высокой массе тела больного (максимальной для конкретного прибора).

С контрастным веществом данное исследование не проводится при индивидуальной непереносимости рентгено-контрастного препарата, почечной недостаточности, тяжелой форме сахарного диабета, беременности, патологиях щитовидной железы и миеломной болезни.

Компьютерная томография – это способ послойной визуализации отдельных органов или участков тела человека с помощью рентгеновского излучения и компьютерной обработки полученных данных.

Метод компьютерной томографии, как и плоскостная рентгенография, основывается на способности различных тканей организма в неодинаковой степени поглощать и пропускать ионизирующее излучение, но принцип работы компьютерного томографа и пленочного рентгеновского аппарата в корне различный.

Компьютерный томограф

Как формируется изображение в результате компьютерной томографии?

При получении плоскостного рентгеновского снимка просвечивание тела пациента и получение изображения на пленке происходит одновременно. При этом картинка отражает суммарное поглощение рентгеновского луча при прохождении через все слои исследуемого участка. Способность поглощать излучения называют рентгеновской плотностью. Чем она выше, тем меньше лучей попадает на пленку и, как следствие, изображение будет более светлым.

При проведении компьютерной томографии используется совершенно другой принцип: область исследования виртуально делится на микроскопические кубики – вокселы (от англ. volume element – элементы объема). Для каждого из них в процессе компьютерной обработки данных будет рассчитана собственная величина рентгеновской плотности. Чем она выше, тем светлее будет пиксель (от англ. picture element), соответствующий этому вокселу на плоскостной картине среза. Получение изображения проходит в два этапа:

Сканирование проводится с помощью рентгеновской трубки, которая закреплена внутри рамы аппарата и может перемещаться по окружности и одного или нескольких датчиков, вращающихся синхронно с трубкой или неподвижно закрепленных в зависимости от модели аппарата. Этот этап аналогичен получению большого количества рентгеновских снимков в различных проекциях с той разницей, что приемником является не пленка, а электронный датчик. Он обладает большей чувствительностью в сравнении с пленкой, поэтому облучение при КТ превышает таковое при рентгенографии не в тысячи, а в несколько десятков раз.

Схема работы компьютерного томографа: 1 -вращающаяся рентгеновская трубка; 2 — неподвижные детекторы

Компьютерная обработка: на основании данных полученных на первом этапе, компьютер составляет линейную систему уравнений для вычисления плотности каждого элемента объема. Для каждого направления луча система фиксирует набор вокселов, через которые он проходит и приравнивает сумму поглощения рентгеновского излучения в каждом из них к результирующему значению, которое было получено в результате сканирования. Для получения изображения размером 300х300 пикселов компьютеру потребуется решить систему из 90 тыс. линейных уравнений. Четкость изображения будет зависеть от того, сколько срезов и с каким разрешением было отсканировано.

Это интересно: вычислительный блок томографа формирует изображения, рассчитывая рентгеновскую плотность для каждого пикселя. Для этого процессору приходится решать целую систему уравнений, составленную на основании данных сканирования.

Какие структуры можно увидеть с помощью компьютерной томографии?

КТ в сравнении с рентгенографией обладает большей чувствительностью. Если на плоскостном суммационном изображении контрастными воспринимаются ткани с разницей рентгеновской плотности в 10-20%, то на компьютерном скане можно различить участки, отличающиеся всего на 1%. Для обозначения плотности ткани используется относительная денситометрическая шкала Хаунсфилда: за 0 принята плотность воды, положительные значения имеют мышцы и кости, отрицательные – жировая ткань и воздух. Всего в шкале насчитывает более 4 тыс. градаций, что вполне достаточно для получения контрастного изображений как костной, так и мягких тканей, если параметры сканирования определены верно.

Компьютерная томография получает все более и более широкое распространение

Компьютерный томограф различает более 4 тыс. градаций рентгенологической плотности тканей, в то время как монитор может передать всего 256 оттенков серого. Для сохранения точности используют пересчет градаций в интересующем диапазоне: костное, мягкотканное или легочное окно.

В медицине компьютерная томография используется для исследования таких органов, как:

Головной мозг . КТ используется преимущественно для экстренной диагностики травматических повреждений и геморрагического инсульта, крупные опухоли и сосудистые мальформации также видны на КТ. Для исследования сосудов головного мозга применяется КТ с контрастированием. При просмотре скана в костном окне видны травматические повреждения черепа и костей лицевого скелета.
Зубочелюстную систему и придаточные пазухи чаще исследуют с помощью конусно-лучевой томографии. Эта методика позволяет проводить сканирование не полного среза, а ограниченного участка тела и, как следствие, снизить дозу облучения. Конусно-лучевая КТ зубов дает представление о состоянии корневых каналов и периапикальных тканей, наличии корневых кист и гранулем, а также внутричелюстных новообразований. КТ придаточных пазух носа показывает их воздушность, а также дает возможность судить о причинах изменений в них;

Позвоночник сканируется полностью или по сегментам в зависимости от предполагаемого диагноза. КТ дает информацию о плотности кости позвонка, наличии переломов и травматических повреждений, позволяет выявлять спондилолистез и сужение позвоночного канала. Подробной информации о состоянии межпозвоночного диска и нервного корешка с помощью такого обследования получить не удастся.
Грудную клетку сканируют с получением изображения в костном окне для выявления травматических повреждений костей грудной клетки или в легочном для изучения структуры легочной ткани. С помощью этого метода можно выявить новообразования и воспалительные изменения в легочной ткани и сделать предположение об их природе. Диагноз ставится по совокупности клинического обследования и результатов сканирования.
Брюшную полость чаще обследуют с помощью МРТ, так как разрешающая способность этого метода для исследования мягких тканей выше. Тем не менее, если требуется получить результат и поставить диагноз быстро, предпочтение отдается рентгеновской томографии, так как проводится она значительно быстрее. С помощью КТ можно выявить и определить локализацию патологических скоплений жидкости в брюшной полости, конкрементов в желчном пузыре, определяются кисты, опухоли и абсцессы брюшной полости.

Мультиспиральная компьютерная томография и ее возможности

Мультиспиральный компьютерный томограф

Принцип работы мультиспирального компьютерного томографа отличается от обычного последовательного тем, что для сканирования используется не один вращающийся, а множество закрепленных на месте и расположенных вокруг тела пациент датчиков. Это позволяет увеличить скорость сканирования. Это дает возможность получать изображение органов, находящихся в постоянном движении, например, сердца. С применением внутривенного контрастирования с помощью МСКТ можно получить изображение коронарных артерий полностью неинвазивным методом, поэтому такое исследование считается блестящей альтернативой интервенционной коронарографии.

МСКТ сердца с контрастированием – неинвазивная процедура, не уступающая в информативности интервенционной коронарографии.

Обоснование назначений, риски и ограничения метода

Риск для здоровья пациента при проведении КТ может быть связан с действием ионизирующего облучения либо с реакцией на вещество, применяемое для внутривенного контрастирования. В первом случае врач должен обосновать назначение, взвесив предполагаемую дозу облучения, ценность диагностической информации, ее доступность при проведении альтернативных методов обследования и риск возможной диагностической ошибки при отказе от КТ.

Детям компьютерная томография проводится, если польза от диагностики в значительной мере превышает возможные риски

Исследование противопоказано беременным женщинам, а детям младшего возраста назначается с осторожностью. Контраст не используют при патологии почек, сахарном диабете, беременности, тиреотоксикозе и общем тяжелом состоянии пациента. Если показания к исследованию определены верно, а необходимую информацию невозможно получить другим путем, томографию можно проводить столько раз, сколько это необходимо.

Величина лучевой нагрузки, также как и диагностические возможности метода, зависят от класса аппарата и профессионализма врача-рентгенолога, который устанавливает индивидуальные параметры сканирования в зависимости от предполагаемого диагноза и интересующей клинициста информации. Описание, которое выдается на руки пациенту после прохождения томографии, не может содержать окончательного диагноза. Насколько бы явными ни были признаки заболевания на КТ, это исследование остается в медицине вспомогательным, а диагноз должен быть подтвержден клиническими и лабораторными данными.

Компьютерная томография - один из самых современных и информативных методов диагностики, получающий сейчас все более широкое распространение. Что же такое компьютерная томография?

Принципы компьютерной томографии

Принцип работы компьютерного томографа достаточно прост. Основывается он на использовании рентгеновских лучей (X-лучей). Проходя через тело человека, рентгеновские лучи поглощаются различными тканями в разной степени. Затем X-лучи попадают на специальную чувствительную матрицу, данные с которой считываются в компьютер. Ну а современные компьютеры позволяют обработать эту информацию как угодно: нарисовать четкую "картинку" исследуемого органа, построить различные таблицы и графики.

Казалось бы, отличие от обычной рентгенографии не такое уж большое - ведь и простой рентгеновский снимок можно обработать на компьютере. Но на самом деле это не так. На рентгеновском снимке мы видим лишь накладывающиеся друг на друга "тени" всех органов, через которые прошел рентгеновский луч. А компьютерный томограф позволяет получить четкое изображение определенного среза тела. Сделав же "фотографии" нескольких таких срезов с шагом, скажем, в 1 миллиметр, мы получим очень качественное объемное, трехмерное изображение, которое позволяет увидеть в подробностях топографию органов пациента, локализацию, протяженность и характер очагов заболеваний, их взаимосвязь с окружающими тканями. Кроме того, чувствительность компьютерных томографов на порядок выше, чем обычных рентгеновских аппаратов: на рентгеновском снимке можно достаточно четко различить ткани, отличающиеся по степени проглощения X-лучей на 10-20%, а у современных компьютерных томографов этот показатель составляет 1-2%.

Где применяется компьютерная томография

Компьютерная томография может применяться для диагностики очень широкого спектра заболеваний. Первой областью, где стали активно использоваться компьютерные томографы, стала неврология и нейрохирургия. Впервые врачи получили возможность заглянуть в головной мозг живого человека - ни УЗИ, ни обычная рентгенография такой возможности не дают.

Чуть позже компьютерные томографы стали использовать для диагностики заболеваний легких и органов брюшной полости. В настоящее время компьютерная томография широко применяется также для исследования мочеполовой сферы (почки, мочевой пузырь и мочеточники, яичники, простата), костей и суставов, позвоночного столба и спинного мозга.

Вредна ли компьютерная томография? Так как метод основан на использовании рентгеновских лучей, то понятно, что при исследовании пациент получает определенную дозу излучения. Но эта доза невелика, не больше, чем при рентгенографии небольших участков, например зубов или кисти.

А вот действительно серьезный недостаток метода компьютерной томографии - это его дороговизна. Стоимость компьютерных томографов такова, что до недавнего времени приобрести их не могли себе позволить даже многие областные клинические больницы. Сейчас ситуация несколько улучшилась, но говорить о доступности этого метода обследования для всех, кто в нем нуждается, еще очень и очень рано...

Читайте подробнее.