Пользовательский поиск

Рентгеновская компьютерная томография

Рентгеновская компьютерная томография, или компьютерная томография (КТ сканирование), или компьютерная осевая томография, представляет собой процедуру клинической визуализации, при которой обработанные в компьютере рентгеновские лучи применяются для получения томографических изображений или «срезов» конкретных областей тела пациента. Полученные изображения поперечного сечения используются для диагностических и терапевтических целей в различных отраслях медицины. Цифровая обработка используется для формирования трехмерного изображения внутренних органов и тканей из многочисленных двухмерных рентгеновских снимков, сделанных при движении вокруг оси вращения.

Продолжение ниже

Остеохондроз грудного отдела позвоночника, межреберная невралгия

... консультации пациенту, если потребуется, врач может дополнительно назначить следующие процедуры диагностики для этого отдела позвоночника: компьютерная томография ; рентген ; МРТ ; анализ крови на вирусные инфекции Лечение С учетом причин появления боли и тяжести ее проявлений в лечении пациентов могут ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Компьютерная томография предоставляет информацию, которую можно обрабатывать и исследовать в ходе процесса, известного как «сквозной просмотр». Процесс позволяет увидеть и зафиксировать различные структуры организма благодаря их способности блокировать рентгеновский луч в разной степени. Изначально врачи использовали двухмерные рентгеновские изображения, генерируемые в продольной или поперечной плоскостях. Современные сканеры позволяют получить данные, которые могут быть переформатированы в различные плоскости и даже способны продемонстрировать объемные трехмерные (3D) структуры. Компьютерная томография приобрела наибольшее применение в медицине, однако, она также используется в других областях, таких как недеструктивное тестирование материалов. Другим примером использования компьютерной томографии являются археологические исследования, например, визуализация содержимого саркофагов. Лица, ответственные за проведение клинических обследований на основе процедуры компьютерной томографии, называются рентгенологами или радиологами. Для осуществления своей деятельности они должны обладать соответствующими дипломами или сертификатами.

Содержание статьи:

  1. Рентгеновская компьютерная томография на видео
  2. Диагностическое использование
    1. Голова
    2. Легкие
    3. Ангиография легочных артерий
    4. Коронарная ангиография
    5. Компьютерная томография органов брюшной полости и таза
    6. Компьютерная томография конечностей
  3. Преимущества компьютерной томографии
  4. Побочные эффекты
    1. Рак
    2. Введение дополнительных веществ в организм пациента для обследования
  5. Дозировка при сканировании
    1. Единица измерения дозы облучения
    2. Превышение дозы
    3. Кампании
  6. Распространенность
  7. Процесс рентгеновской компьютерной томографии
  8. Трехмерная реконструкция
    1. Многоплоскостная реконструкция
    2. Методы трехмерного рендеринга
  9. Качество изображения
    1. Артефакты
    2. Дозировка против качества изображения
  10. Промышленное использование
  11. История компьютерной томографии
    1. Происхождение томографии
    2. Математическая теория
    3. Коммерческие сканеры
    4. Этимология
  12. Типы оборудования
    1. Предыдущие исследования

За последние два десятилетия во многих странах мира использование компьютерной томографии существенно возросло. По оценкам экспертов, в 2007 году в США было проведено семьдесят два миллиона сканирований компьютерной томографии. Как показало одно из исследований, около 0,4% случаев раковых заболеваний, зарегистрированных на сегодняшний день в Соединенных Штатах, были вызваны ранее проводимыми процедурами компьютерной томографии. При современных темпах использования компьютерной томографии, на настоящий момент этот показатель мог увеличиться до уровня 1,5-2%, однако, ряд исследователей оспаривают это предположение. В некоторых исследованиях отмечалась взаимосвязь заболеваний почек с проведением компьютерной томографии.

Рентгеновская компьютерная томография на видео

Диагностическое использование

С момента своего появления в семидесятые годы двадцатого столетия, компьютерная томография стала важным клиническим инструментом в области клинической визуализации, эффективно дополняя возможности рентгеновских и ультразвуковых исследований. Не так давно компьютерная томография стала использоваться и как средство профилактики, иными словами, для превентивного обнаружения ряда заболеваний. Например, пациенты с высоким риском развития рака толстой кишки проходят компьютерную томографию кишечника (колонографию), а пациенты с высоким риском сердечнососудистых заболеваний - компьютерную томографию сердца и сердечной деятельности (коронарную томографию). Некоторые медицинские учреждения предлагают полное томографическое сканирование организма, однако, эта практика идет вразрез с рекомендациями врачей и официальной позицией многих профессиональных организаций в сфере медицины.

Голова

Компьютерная томография головы, как правило, используется для диагностики инфаркта, обнаружения опухоли, кальсификации, кровоизлияния и травмы костей. Если говорить о вышеперечисленных случаях, то гиподенсные образования темного цвета, выявленные при томографии, могут свидетельствовать об инфаркте или водянке. Гиперденсные, то есть сверхплотные очаги светлого цвета указывают на кальцификацию или кровотечения, а травмы кости можно диагностировать при размыкании кости. Опухоль можно заметить по анатомическому искривлению, которое они вызывают, или по прилегающему отеку. Современные автомобили скорой помощи оснащены небольшими сканирующими устройствами (томографами), которые могут в экстренном режиме диагностировать инсульт или травму головы.

Легкие

Компьютерная томография может быть использована для обнаружения как острых, так и хронических изменений в паренхиме легких, то есть в их внутренних структурах. Для этих целей томография становится особенно актуальной, поскольку иные виды двухмерных обследований, например, рентген, не могут определить подобные дефекты. В зависимости от предполагаемого заболевания используются различные методы обследования. Для диагностирования интерстициальных заболеваний тканей лёгкого (эмфизема легких, фиброз и иные заболевания), при компьютерной томографии используются тонкие срезы, и применяется высокая частота пространственной реконструкции. Как правило, сканирование делают как на вдохе, так и на выдохе. Данная специальная техника называется компьютерная томография с высоким разрешением. При данном обследовании часть легкого сканируется статически, а не в виде последовательного ряда изображений.

Ангиография легочных артерий

Рентгеновская компьютерная томографияАнгиография легочных артерий представляет собой форму клинического диагностического обследования, которое используется для диагностирования пульмонарного эмболизма. Для данного обследования используется компьютерная томография и контрастный агент на основе йода для получения изображения легочной артерии.

Коронарная ангиография

При наличии субсекундных скоростей вращения в сочетании с мульти-сегментнарной компьютерной томографией (до трехсот двадцати сегментов), высокое разрешение и высокая скорость могут быть получены одновременно, что позволяет получить четкие изображения коронарных артерий (коронарная ангиография).

Компьютерная томография органов брюшной полости и таза

Компьютерная томография является эффективным способом диагностики заболеваний органов брюшной полости. Ее часто используют для определения конкретной стадии ракового заболевания и для наблюдения за развитием раковой опухоли. Также компьютерную томографию органов брюшной полости эффективно применяют для обследования пациента при острой боли в животе.

Компьютерная томография конечностей

Компьютерная томография часто используется для получения изображений при сложных переломах, особенно таких, которые произошли в области суставов, поскольку данный метод позволяет рассмотреть поврежденную область в нескольких плоскостях. Переломы, растяжения и разрывы связок, а также вывихи хорошо видны при разрешении 0,2 мм.

Преимущества компьютерной томографии

Компьютерная томография обладает несколькими преимуществами по сравнению с традиционным клиническим обследованием с использованием двухмерных рентгеновских изображений. Во-первых, компьютерная томография полностью исключает наложение изображений структур за пределами рассматриваемой той области, которая нуждается в обследовании. Во-вторых, высококонтрастное разрешение позволяет увидеть различия между тканями, которые отличаются по своей физической плотности менее чем на один процент, что становится очевидным при компьютерной томографии. В-третьих, компьютерная томография или спиральное сканирование предоставляют данные об обследуемой части тела в виде последовательных снимков, соответственно, в зависимости от целей обследования, врач может рассматривать полученные изображения в поперечном, фронтальном или сагиттальном ракурсе. Этот способ известен как многоплоскостное переформатирование изображений.

Компьютерная томографияКомпьютерная томография считается методом диагностики умеренно-высокой степени облучения. Улучшенные показатели разрешения при компьютерной томографии дали толчок для развития диагностических исследований, которые могут оказаться более эффективными. Например, по сравнению с обычной рентгенографией, компьютерная ангиография позволяет избежать инвазивного введения катетера. Компьютерная колонография (также известная как виртуальная колоноскопия) может оказаться такой же эффективной для обнаружения опухоли, как и бариевая клизма, однако, может использовать более низкую дозу облучения. В наши дни в Великобритании виртуальная колоноскопия все чаще используется в качестве диагностического обследования по обнаружению рака кишечника, и может исключить необходимость проведения традиционной колоноскопии.

Доза радиации для конкретного исследования зависит от нескольких факторов: объем области сканирования, строение тела пациента, количество необходимых процедур, тип и последовательность сканирования, желаемое разрешение и качество изображения. Кроме того, можно назвать такие параметры спирального сканирования, которые можно легко настроить и которые имеют огромное влияние на дозу необходимого излучения, как ламповый ток и поле. В ряде случаев компьютерная томография дает более точную информацию, чем рентгенограмма, однако, может и переоценить степень нарушения.

Побочные эффекты

Рак

Ионизирующее излучение в виде рентгеновских лучей, которое используется при компьютерной томографии, достаточно существенно для того, чтобы прямо или косвенно повлиять на ДНК обследуемого. Повреждения ДНК подобного типа не всегда могут быть скорректированы должным образом благодаря естественному механизму восстановления клеток. Такое повреждение ДНК иногда может вызвать рак. Оценки негативных последствий компьютерной томографии частично основаны на аналогичных дозах радиационного облучения, полученного теми, кто пережил взрывы атомных бомб в Японии во время Второй мировой войны, и теми, кто работает на предприятиях, использующих ядерную энергию.

Рентген компьютерной томографиейПри проведении компьютерной томографии риск возникновения онкозаболеваний несколько возрастает. По некоторым оценкам, 0,4% текущих случаев рака в Соединенных Штатах возникли вследствие ранее проведенной компьютерной томографии, и к настоящему моменту этот показатель может увеличиться до уровня 1,5-2% при нынешних темпах использования компьютерной томографии. Тем не менее, не все специалисты разделяют это мнение. Такой показатель был бы эквивалентен двадцати девяти тысячам новым случаям рака, спровоцированным компьютерной томографией, в Соединенных Штатах в 2007 году, и двум тысячам ста новым случаям рака, спровоцированным компьютерной томографией, в Великобритании. Этот дополнительный риск все-таки является статистически относительно невысоким по сравнению с общим уровнем риска наступления летального исхода от ракового заболевания, который составляет примерно двадцать процентов. По мнению специалистов, наиболее распространенными типами рака, которые могут быть спровоцированы радиационным воздействием, является рак легких, рак молочной железы, рак щитовидной железы, рак желудка и лейкемия.

Важную роль в наличии риска последующего после процедуры развития рака играет возраст человека. Для годовалого ребенка риск смертности от рака, вызванного компьютерной томографией брюшной полости, составляет 0,1% или один случай на одну тысячу сканирований. Риск для пациентов в возрасте сорока лет составляет половину того, которому подвергаются двадцатилетние пациенты, со значительным уменьшением риска для лиц пожилого возраста. Эксперты международной комиссии по радиологической безопасности считают, что если беременная женщина проходила процедуру компьютерной томографии с дозой облучения в 10 мГр, то риск возникновения рака у ее будущего ребенка составляет от 0,03% до 0,04%. Этот показатель сохранятся до достижения им возраста двадцати лет. Для сравнения, при ангиографии легочных артерий плод получает дозу облучения до 4 мГр. Исследование, проводимое в 2012 году, не нашло взаимосвязи между клиническим облучением и риском развития рака у детей, однако, при этом было отмечен ограниченный характер доказательств, использованных в исследовании.

Компьютерная томография может быть выполнена с установкой различных настроек для более низкого воздействия облучения на детей. По состоянию на 2007 год, большинство производителей оборудования компьютерной томографии встроили эту опцию настройки. Нужно отметить, что некоторые заболевания требуют нескольких процедур сканирования. Исследования демонстрируют, что педиатры обязаны информировать родителей о возможном риске компьютерной томографии для детей.

Введение дополнительных веществ в организм пациента для обследования

В Соединенных Штатах в половине случаев проведения компьютерной томографии применяется внутривенное введение рентгеноконтрастных агентов. Наиболее распространенными реакциями от их использования являются тошнота, рвота, зуд, сыпь, однако, возможны и более тяжелые индивидуальные реакции. Тем не менее, реакции организма на введение рентгеноконтрастных веществ возникают достаточно редко (от одного до трех процентов всех случаев сканирования при введении неионных агентов и от четырех до двенадцати процентов при использовании ионных агентов). В течение одной недели после процедуры могут возникнуть кожные высыпания, но это происходит лишь в трех процентах случаев проведения компьютерной томографии.

Ранее применяемые радиоконтрастные агенты вызвали анафилактический шок в одном проценте случаев, а новые препараты с пониженной осмолярностью вызывают реакции лишь в 0,01-0,04% случаев. Летальный исход зафиксирован на уровне от двух до тридцати человек на один миллион сканирований, при этом новые препараты также показали себя более безопасными. Большинство случаев летальных исходов произошли с женщинами, пациентами преклонного возраста или имеющими сопутствующие заболевания. В основном, летальные исходы были связаны с анафилактическим шоком или с острой почечной недостаточностью.

Контрастное вещество может спровоцировать контраст-индуцированную нефропатию. Подобный побочный эффект возможен примерно в семи процентах случаев от общего числа сканирований. В группу риска попадают пациенты с хронической почечной недостаточностью, сахарным диабетом или низким внутрисосудистым объемом. Людям с умеренными нарушениями в работе почек, как правило, рекомендуется пить воду в течение нескольких часов до и после введения контрастных агентов для обеспечения дополнительной гидратации организма и исключения обезвоживания. При умеренной почечной недостаточности следует избегать применения йодсодержащих контрастных веществ, что означает, что таким пациентам, скорее всего, подойдут иные формы обследования вместо компьютерной томографии. Пациенты с тяжелой формой почечной недостаточности, которые нуждаются в диализе, не требуют специальных мер предосторожности, поскольку их почки практически не функционируют самостоятельно, а, следовательно, потенциальный вред от сканирования будет, скорее всего, не заметен, а диализ позволит удалить контрастное вещество из организма.

В дополнение к внутривенному использованию контрастных веществ нередко используются оральные препараты в случаях сканирования органов брюшной полости. Зачастую это те же самые препараты, которые применяют для внутривенного введения, только разбавленные до десяти процентов концентрации. Существуют пероральные альтернативы препаратов на основе йода, например, однопроцентный раствор суспензии сульфата бария. Сульфат бария имеет то преимущество, что он не вызывает аллергические реакции или почечную недостаточность, однако, он не может быть использован пациентами с подозрением на перфорацию кишечника или иную травму кишечника, поскольку утечка сульфата бария из поврежденного кишечника потенциально может привести к острому перитониту и летальному исходу.

Дозировка при сканировании

Тип обследования

Типичная эффективная доза (mSv)
на весь организм

Типичная потребляемая доза (мГр) на обследуемый орган

Обычная годовая доза радиации

2,4

2,4

Рентген грудной клетки

0,02

0,01–0,15

Компьютерная томография головы

1–2

56

Маммография

0,4

3

Компьютерная томография брюшной полости

8

14

Компьютерная томография грудной клетки

5–7

13

Компьютерная томография кишечника (колонография)

6–11


Компьютерная томография грудной клетки, органов брюшной полости и таза

9.9

12

Коронарная ангиография

9–12

40–100

Клизма с раствором бария

15

15

Компьютерная томография брюшной полости новорожденных

20

20

В таблице приведены средние показатели радиационного облучения, однако, существуют значительные различия в дозах облучения между схожими типами сканирования, когда самая высокая доза может превышать самую низкую дозу в двадцать два раза. Типичное рентгеновское обследование проходит при уровне излучения от 0,01 до 0,15 мГр, в то время как при типичной процедуре компьютерной томографии доза облучения обследуемого органа может составить 10-20 мГр, а при некоторых специализированных процедурах компьютерной томографии может доходить до 80 мГр.

Для сравнения, средняя мировая доза естественного облучения от природных источников радиационного фона составляет 2,4 mSv в год, которую для данного анализа можно представить как дозу в 2,4 мГр в год. С учетом статистической погрешности, большинство людей (99%) ежегодно получают менее 7 mSv от естественного фона излучения. По состоянию на 2007 год, в Соединенных Штатах процедуры клинической визуализации составляли половину объема радиоактивного облучения пациентов, причем на компьютерную томографию приходилось две трети данного показателя. В Великобритании на компьютерную томографию приходится 15% радиационного облучения. В глобальных масштабах в 2007 году средняя доза облучения от медицинских источников составила примерно 0,6 mSv на человека в год. Работники предприятий атомной промышленности США получают не более 50 mSv в год и не более 100 mSv каждые пять лет.

Единица измерения дозы облучения

Доза радиации измеряется в Греях, или Гр, и пропорционально равна количеству энергии поглощенного ионизирующего излучения на один килограмм массы облученной части тела, при этом физическое воздействие рентгеновского излучения на клеточные связи (например, двунитевые разрывы ДНК) пропорционально этой энергии.

Единица измерения Зиверт используется для определения эффективной дозы облучения. В контексте компьютерной томографии показатель не соответствует фактической дозе облучения, полученного сканированными частями тела, а предусматривает облучение, полученное всем организмом при ином типе излучения, с учетом того, что доза радиации была бы такого уровня, чтобы потенциально вызвать раковое заболевание. Таким образом, как продемонстрировано в вышеприведенной таблице, фактическая доза облучения, которая поглощается теми частями тела, которые подвергаются сканированию при компьютерной томографии, как правило, намного превышает эффективную дозу.

Эквивалентная доза представляет собой эффективную дозу, необходимую в конкретном случае, при которой все части организма фактически поглотят одинаковую дозу радиации, и полученный результат измеряется в Зивертах. В случае неоднородного излучения или излучения, направленного на одну часть тела, что часто бывает при компьютерной томографии, использование для расчетов только местной эквивалентной дозы может показать завышенный результат при оценке биологического риска для всего организма.

Превышение дозы

В октябре 2009 года Департамент контроля за качеством продуктов питания и медицинских препаратов США (FDA) начал расследование по поводу сканирования мозговой перфузии в связи со случаями передозировки излучения, вызванными неправильной настройкой оборудования в одном из медицинских учреждений, специализирующегося на данном типе компьютерной томографии. В течение полутора лет группа из двухсот пятидесяти шести пациентов проходила обследование, и по истечении срока наблюдения у сорока процентов обследуемых была замечена утрата части волос на голове. В докладе по итогам этого исследования была отмечена важность дальнейшей научной работы по изучению влияния компьютерной томографии на организм человека. В то же время было отмечено, что при очевидной необходимости избегать ненужного и излишнего облучения, тем не менее, с медицинской точки зрения, процедура компьютерной томографии представляет собой положительную клиническую практику, и при использовании с соблюдением надлежащих параметров имеет свои преимущества, которые перевешивают риски от возможных неблагоприятных последствий радиационного воздействия. Побочные эффекты, аналогичные вышеописанным, были зарегистрированы в других медицинских центрах. Эти инциденты, как полагают, произошли в результате действия человеческого фактора при неправильной настройке сканирующего оборудования.

Кампании

В ответ на возросшую обеспокоенность общественности и в результате непрерывного прогресса передового опыта, в составе Ассоциации педиатрической радиологии был сформирован Альянс по радиационной безопасности в педиатрии. Совместно с Американским обществом радиологов, Американским колледжем радиологии и Американской ассоциацией физиологов, Ассоциация педиатрической радиологии разработала и запустила кампанию под названием «Нежное сканирование», которая была нацелена на поддержание высокого уровня качества клинических исследований с использованием сканирующего оборудования, а также на использование минимально возможных доз радиоактивного излучения в педиатрической практике. Эта инициатива была одобрена профессиональным сообществом и в настоящее время применяется во многих педиатрических центрах по всему миру, список которых постоянно растет. Кампания получила финансовую поддержку от компаний, которые производят оборудование, используемое в радиологии.

В связи с успехом кампании «Нежное сканирование» Американский колледж радиологии, Радиологическое сообщество Северной Америки, Американская ассоциация физиологов и Американское общество радиологов запустили аналогичную кампанию для решения вопросов дозирования радиационного излучения при клинических процедурах среди взрослого населения. Кампания получила название «Разумное сканирование». Всемирная организация здравоохранения и Международное агентство по атомной энергии Организации Объединенных Наций (МАГАТЭ) также работают в этой области и администрируют ряд проектов с целью расширения передового опыта по снижению дозы радиологического облучения пациентов.

Распространенность

За последние два десятилетия использование компьютерной томографии резко возросло. По оценкам экспертов, в США в 2007 году было проведено семьдесят два миллиона сканирований. Из них, от шести до одиннадцати процентов были сделаны в отношении детей, что почти в восемь раз превышает показатель 1980 года. Аналогичный рост был отмечен в Европе и Азии. В канадском городе Калгари 12,1% людей, которые поступали в отделение неотложной помощи, проходили процедуру компьютерной томографии. Чаще всего обследованию подвергались голова или брюшная область. Тем не менее, доля тех, кому была назначена компьютерная томография, заметно варьировалась в зависимости от конкретного врача скорой помощи. Показатель составлял от 1,8% до 25%. В 2007 году в отделениях неотложной помощи США компьютерная томография или магнитно-резонансная томография проводились для пятнадцати процентов пациентов, обратившихся с жалобами на травмы (по сравнению с шестью процентами в 1998 году).

Более широкое использование компьютерная томография получила в следующих направлениях: скрининг взрослых (компьютерная томография легких у курильщиков, виртуальная колоноскопия, коронарная компьютерная томография, а также общая компьютерная томография при отсутствии конкретных симптомов у пациентов) и скрининг детей. Сокращение времени сканирования практически до одной секунды, а также отсутствие строгой необходимости оставаться в неподвижном состоянии или принимать успокоительные препараты являются одними из основных причин значительного увеличения показателей применения компьютерной томографии в педиатрии (особенно для диагностики аппендицита). По данным 2007 года в Соединенных Штатах определенный процент процедур компьютерной томографии был выполнен без наличия необходимых медицинских показаний. По некоторым оценкам, доля таких необязательных процедур составила тридцать процентов. У данного явления есть несколько причин: требования закона, финансовые стимулы, а также собственное желание потребителей медицинских услуг. В этом процессе участвуют люди, которые проходят компьютерную томографию всего организма без каких бы то ни было на это причин.

Процесс рентгеновской компьютерной томографии

Источник рентгеновского излучения вращается вокруг обследуемой части тела и выявляет данные для исследования. Рентгеновские датчики расположены на противоположной стороне круга, по которому движется источник излучения. Самые первые датчики сцинтилляционных детекторов с фотоэлектронными умножителями функционировали, как правило, благодаря кристаллам йодида цезия. В восьмидесятые года йодид цезия был заменен на ионные камеры, содержащие газ ксенон под высоким давлением. В свою очередь, эти системы были заменены на сцинтилляционные системы на основе фотодиодов (вместо фотоэлектронных умножителей) и современных сцинтилляционных материалов с улучшенными клиническими характеристиками. Сканирование часто происходит при постепенном прохождении объекта обследования через сканирующее оборудование.

Новое оборудование оснащено более быстродействующими компьютерными системами с новыми стратегиями программного обеспечения и может обрабатывать не только отдельные сечения, но и постоянно меняющиеся срезы изображаемого объекта, медленно проходящего сквозь рентгеновский круг. Такое оборудование называют винтовым или спиральным. Компьютерные системы интегрируют информацию из данных об отдельных движущихся срезах для генерации объемного изображения (трехмерная компьютерная томография), которое проецируется на стационарный монитор и может быть рассмотрено с нескольких ракурсов. Этот тип сбора данных требует огромной вычислительной мощности оборудования, поскольку информация, получаемая при сканировании, поступает в непрерывном потоке и должна быть обработана в режиме реального времени.

В обычных машинах компьютерной томографии рентгеновская трубка и детектор физически поворачиваются за круговой кожух. В оборудовании электронно-лучевой томографии трубка имеет гораздо более крупные размеры и более высокую мощность для того, чтобы поддерживать высокое временное разрешение. Электронный пучок отклоняется в полой воронкообразной вакуумной камере. Рентгеновские лучи генерируются, когда луч попадает в неподвижную цель. Детектор также размещен стационарно. Такое расположение позволяет производить сканирование очень быстро, однако, такое оборудование является чрезвычайно дорогостоящим.

Компьютерная томография используется в медицине в качестве диагностического инструмента, а также в качестве посредника при проведении оперативных и интервенционных процедур. Иногда используются контрастные материалы, такие как внутривенные йодированные препараты. Благодаря их использованию, становятся видны такие структуры организма, как кровеносные сосуды, которые в противном случае было бы сложно разграничить от их окружения. Использование контрастного вещества может также помочь получить функциональную информацию о тканях.

После того, как данные сканирования были получены, информация должна быть обработана с использованием матрицы томографической реконструкции, которая выпускает серию изображений поперечного сечения. С точки зрения математики, необработанные данные, полученные сканером, состоят из нескольких проекций объекта сканирования. Математически, эти проекции можно выразить в виде так называемой теоремы Радона. Реконструкция данных сканирования, по существу, представляет собой решение обратного уравнения теоремы Радона.

Методика фильтрованной обратной проекции является одним из самых известных алгоритмов для решения этой задачи. Данная концепция достаточно проста, вариативна и достоверна. С точки зрения вычислений она не представляет сложности: современным сканерам требуется лишь несколько миллисекунд на обработку информации и получение изображения. Тем не менее, это не единственная методика, применявшаяся на практике. Первоначальный сканер EMI решал проблему томографической реконструкции посредством линейной алгебры, однако, этот подход был ограничен своей высокой вычислительной сложностью, особенно с учетом компьютерных технологий, доступных в тот период времени. В недавнее время производители разработали технологии обработки повторяющихся физических данных на основе модели максимизации ожидаемого сходства. Эти методы имеют определенные преимущества, поскольку они используют внутреннюю матрицу физических свойств сканера, а также физические законы рентгеновского взаимодействия. Ранние методы, такие, как фильтрованные обратные проекции, предполагают безупречность сканирующего оборудования и используют крайне упрощенные физические процессы, что потенциально приводит к неточностям, высокому уровню помех и нарушениям в разрешении изображения. Итерационные методы на основе повтора данных обеспечивают получение изображения с улучшенным разрешением, снижение уровня шума и неточностей, а также при определенных обстоятельствах позволяют значительно уменьшить дозу облучения. Недостатком являются повышенные требования к вычислительной способности оборудования, однако, достижения в области компьютерных технологий и высокопроизводительных компьютерных вычислений, такие, как использование высокоэффективных параллельных алгоритмов, в настоящее время создают возможности для создания и практического использования высокоэффективного оборудования.

Пиксели в изображении, полученном путем сканирования при компьютерной томографии, отображаются с точки зрения относительной радиоплотности. Сам пиксель показывается в соответствии с линейным ослаблением ткани, которую он отображает, в пределах от +3071 (наибольшее ослабление) в -1024 (наименьшее ослабление) по шкале Хаунсфилда. Пиксель представляет собой двухмерную единицу в зависимости от размера матрицы и поля зрения. Когда дополнительно учитывается и толщина среза при компьютерной томографии, то используется термин «воксел», который является трехмерной единицей. Явление, при котором одна часть детектора не может дифференцировать различные ткани, известно под термином «эффект частичного объема». Это означает, что большое количество хрящевой ткани и тонкий слой компактной кости может вызвать такой же уровень ослабления вокселя, как сверхплотная хрящевая ткань сама по себе. Вода имеет показатель ослабления в 0 единиц по шкале Хаунсфилда (HU), в то время как воздух - 1000 РГ, губчатая ​​кость, как правило, +400 HU, ослабление кости черепа может достигать 2000 HU и более (височная кость) и может привести к появлению артефактов при сканировании. Ослабление металлических имплантатов зависит от атомного номера используемого химического элемента: титан обычно имеет показатель +1000 HU, а сталь может полностью погасить рентгеновский луч и, следовательно, привести к серии артефактов на томограмме. Артефакты появляются в связи с резкими переходами между материалами низкой и высокой плотности, в результате чего полученные показатели превышают динамический диапазон обработки сигнала.

Контрастность сред используется для рентгеновской компьютерной томографии, а также для традиционного рентгеновского обследования с использованием снимков на пленке, и называются радиоконтрастностью. При рентгеновской компьютерной томографии радиоконтрастность чаще всего обеспечивается за счет использования йодсодержащих препаратов. Тем не менее, изображения можно получать как с использованием радиоконтрастности, так и без нее. Изображения компьютерной томографии, полученные без применения контрастных веществ, называется предконтрастными, а в случаях, когда контрастные вещества вводились в организм обследуемого – постконтрастными.

Для удобства, двухмерные изображения компьютерной томографии обрабатываются с разворотом, как если бы смотреть на пациента, стоящего напротив. Таким образом, изображение получается зеркальным: левая сторона пациента на изображении находится справа, и наоборот. Эта методика соответствует положению, при котором врач традиционно осматривает пациента и видит его как бы в зеркальном отражении.

Трехмерная реконструкция

Поскольку современные сканеры компьютерной томографии дают возможность получить изотропное или практически изотропное разрешение, то отображение полученной информации не должно быть ограничено обычными осевыми изображениями. Наоборот, современное программное обеспечение позволяет создать объемные изображения, постепенно наслаивая изображения отдельных срезов. После этого программа может изобразить объемные структуры альтернативным способом.

Многоплоскостная реконструкция

Многоплоскостная реконструкция представляет собой самый простой метод реконструкции. Объемное изображение получается путем наслоения осевых срезов. Затем программное обеспечение выстраивает ортогональные (прямые) линии на полученном объемном изображении и делает новые срезы. Опционально можно использовать специальный метод проекции, например проекцию с максимальной интенсивностью и проекцию с минимальной интенсивностью, что позволит смоделировать реконструированные срезы.

Многоплоскостная реконструкция часто используется для обследования позвоночника. Осевое изображение позвоночника одномоментно показывает срез только одного позвонка и не может точно показать межпозвоночные диски. Переформатирование объема позволяет гораздо легче визуализировать положение позвонка по отношению к другим структурам позвоночника.

Современное программное обеспечение позволяет осуществить многоплоскостную реконструкцию также и в неортогональной (косой) плоскости, соответственно, можно выбирать оптимальную плоскость для отображения анатомической структуры. Это может помочь при визуализации структуры бронхов, поскольку они не лежат в ортогональной плоскости по отношению к ходу сканирования.

Для сосудистой томографии может применяться метод реконструкции изогнутых плоскостей. Это позволяет визуально выпрямлять изгибы сосуда и видеть его полностью на одном снимке или на небольшой серии снимков. После подобного «распрямления» сосуда можно применять количественные измерения длины и площади поперечного сечения и планировать хирургические и иные оперативные вмешательства.

Многоплоскостная реконструкция увеличивает область с высокой радиоплотностью и поэтому эффективно применяется при ангиографической томографии. Многоплоскостная реконструкция, как правило, имеет тенденцию увеличивать воздушные пространства, а, следовательно, оптимально подходит для томографии легких.

Методы трехмерного рендеринга

Поверхностный рендеринг

Пороговое значение радиоплотности (то есть, уровень, который соответствует кости) устанавливается оператором сканирующего оборудования. Исходя из этого, трехмерную модель можно сконструировать, используя для обработки алгоритмы по обнаружению краев изображения, и отобразить ее на экране. Можно реконструировать несколько моделей и обозначить каждый анатомический компонент, например, кость, мышцу или хрящ, своим цветом для более очевидной визуализации. Тем не менее, внутренняя структура каждого элемента в этом режиме работы не может быть отображена.

Объемный рендеринг

Рендеринг поверхности является ограниченным способом визуализации, поскольку он отображает только поверхности, которые соответствуют пороговой плотности, при этом в результатах будет показана только та поверхность, которая ближе по отношению к предполагаемому наблюдателю. При объемном рендеринге используются слои прозрачности и различные цвета для лучшего отображения объема, который выводится на одном изображении. Например, кости таза могут быть отображены в виде полупрозрачных структур, соответственно, даже под косым углом ни одна часть изображения не будет скрывать другую.

Сегментация изображения

Если различные структуры имеют схожие радиоплотности, то их раздельное восприятие при изменении параметров объемного рендеринга может быть сильно затруднено или практически невозможно. Решение этой проблемы кроется в применении метода сегментации, который является проводимой вручную или автоматически процедурой по удалению ненужных структур с изображения.

Качество изображения

Артефакты

Хотя компьютерная томография представляет собой относительно точный способ клинической визуализации, тем не менее, при сканировании и обработке результатов возможно появление на изображении погрешностей, или так называемых артефактов. Можно выделить следующие артефакты:

Полосы и прожилки

Подобный артефакт часто присутствует в том месте, где ткань или материал блокирует прохождение рентгеновских лучей, например, вокруг кости или метала. Полученные полосы могут быть вызваны субдискретизацией, истощением фотона, движением во время сканирования, жесткостью пучка или его разбросом. Этот тип помех обычно возникает при сканировании мозга, а также при наличии у пациента металлических имплантатов. Полосы можно уменьшить, используя новые методы реконструкции или специальные методики по уменьшению подобных помех.

Частичный эффект объема

Данный тип помех выглядит как «размывание» изображения по краям. Это связано с невозможностью сканера качественно различить небольшой объем материала высокой плотности (например, кость) и большой объем материала более низкой плотности (например, хрящ). Процессор пытается усреднить показатели этих двух плотностей или структур, и информация теряется. Этого можно частично избежать при последовательном сканировании тонких срезов.

Кольца

Пожалуй, наиболее распространенный механический артефакт, который выглядит как изображение одного или нескольких «колец», которые появляются в пределах желаемого изображения. Это обычно связано с неисправностью детектора.

Шумы

Шумы выглядят, как зернистость изображения, и вызваны низким соотношением сигнала и шума. Чаще всего возникают при использовании тонких срезов. Также шумы могут возникать, когда мощность, подаваемая на рентгеновскую трубку, недостаточна, чтобы проникнуть в анатомические структуры.

Движение

Данный артефакт выглядит как размытый эффект изображения или как полосы на нем, что обусловлено движением отображаемого объекта во время сканирования. Размытого при движении изображения можно избежать при использовании новой технологии, известной под названием «томография несжимаемого потока».

Мельница

Полосы на изображении могут появиться в результате пересечения детекторов с реконструируемой плоскостью. Эту помеху можно уменьшить при помощи фильтров или при уменьшении шага.

Жесткость пучка

Изображение может получиться несколько чашеобразным. Это происходит из-за того, что в центре объекта происходит более выраженное ослабление пучка, чем по краям. Данный артефакт легко исправить путем фильтрации и применения соответствующего программного обеспечения.

Дозировка против качества изображения

Важный вопрос современной радиологии заключается в том, чтобы уменьшить дозу радиационного облучения во время обследования путем компьютерной томографии без ущерба для качества изображения. В целом, более высокие дозы облучения приводят к более высокому разрешению изображения, в то время как более низкие дозы приводят к увеличению шума в изображении и его размытию. Однако увеличение дозы одновременно повышает риск наступления побочных эффектов, в том числе риск развития рака. Индуцированное излучение при четырехфазной компьютерной томографии брюшной полости обеспечивает такую ​​же дозу облучения, как триста последовательных рентгенов грудной клетки. Существует несколько методов, которые могут уменьшить воздействие ионизирующего излучения при компьютерной томографии.

  1. Применение новых технологий программного обеспечения может значительно снизить необходимую дозу излучения.
  2. Индивидуализация процедуры и корректировка дозы облучения в соответствии со строением тела пациента и части тела, подлежащей обследованию. Пациенты с различным строением тела и разные органы требуют различного количества излучения.
  3. Перед проведением каждой процедуры компьютерной томографии необходимо оценивать необходимость данного типа обследования, его точную причину и, возможно, выбирать среди других методов клинической визуализации. Более высокое разрешение изображения не всегда оптимально подходит для каждого конкретного клинического случая (например, для обнаружения небольших пульмонарных масс можно обойтись без компьютерной томографии).
Промышленное использование

Промышленная компьютерная томография (промышленное сканирование) представляет собой процесс, в ходе которого рентгеновское оборудование используется для получения трехмерных изображений внутренней части и внешней оболочки различных предметов. Промышленная компьютерная томография используется во многих областях промышленности для внутреннего контроля производимых компонентов. Среди ключевых сфер применения промышленного сканирования можно назвать обнаружение скрытых дефектов, анализ неисправностей, метрологию и анализ сборки. Компьютерная томография также применяется в сканировании и консервации музейных экспонатов.

История компьютерной томографии

Происхождение томографии

В начале двадцатого столетия итальянский радиолог Алессандро Валлебона предложил метод для получения изображения среза части тела на рентгеновской пленке. Этот метод стал известен как томография. Идея основана на простых принципах проективной геометрии: синхронное перемещение в противоположных направлениях рентгеновской трубки и пленки, которые связаны друг с другом посредством стержня, причем в центре внимания находится точка опоры; изображение создается благодаря тому, что фокусные точки выглядят ярче, тогда как остальные точки едва заметны и приравниваются к шумам изображения. Этот метод оказался относительно эффективным, поскольку размытие происходило только вдоль вертикальной плоскости. Существуют более сложные устройства, которые могут перемещаться в более чем одной плоскости и способны выполнять более эффективное размытие границ изображения.

Математическая теория

Математическая теория в основе томографической реконструкции восходит к 1917 году, когда австрийский математик Иоганн Радон сформулировал теорему преобразования, которая получила название «теорема Радона». Ученый математически доказал, что функция может быть восстановлена ​​из бесконечного множества своих прогнозов. В 1937 году польский математик Стефан Качмаж разработал метод, позволяющий найти приближенное решение больших систем линейных алгебраических уравнений. Это подвело основу под еще один мощный метод реконструкции, который называется «алгебраической техникой реконструкции», позже адаптированной сэром Годфри Хаунсфилдом как механизм реконструкции изображения в своем знаменитом изобретении, а именно при создании первого коммерческого компьютерного томографа.

В 1956 году Рональд Брейсвел применил способ, аналогичный методу преобразования Радона, для восстановления карты солнечного излучения, исходя из данных измерений солнечной радиации. В 1959 году Уильям Олдендорф, невролог Калифорнийского университета и старший клинический сотрудник Военного госпиталя Западного Лос-Анджелеса, выдвинул идею сканирования головы передающимися пучками рентгеновских лучей и переформатирования полученной информации о радиоплотности для получения изображения. Данная идея стала результатом его наблюдений за работой автоматизированного механизма по выявлению вымерзших фруктов, который выявлял обезвоженные части плода. В 1961 году Олдендорф сконструировал прототип сканирующего устройства, в котором источник рентгеновского излучения и механически совмещенный с ним детектор вращались вокруг объекта, подвергавшегося исследованию. За счет технологии реконструкции сканированного изображения, этот аппарат стал более эффективным по сравнению с оборудованием, производящим рентгеновские снимки в одной плоскости. В своей знаменитой статье, опубликованной в 1961 году, Олдендорф описал основные концепции, которые позже были использованы Алланом Маклеодом Кормаком для внедрения технологии использования математических моделей в компьютерной томографии.

В октябре 1963 года Олдендорф получил патент США на «световой электрический аппарат для исследования отдельных областей внутренней части предметов, окруженных плотными массами». В 1975 году за это открытие Олдендорф поделил премию Ласкера с Хаунсфилдом. С этого времени математические методы компьютерной томографии пережили весьма активный всплеск в своем развитии, в чем можно убедиться, проанализировав обзор научной литературы по данной тематике, подготовленный пионерами этой области медицинской науки Фрэнком Наттерером и Габором Т. Германом.

Томография была одним из столпов радиологической диагностики до конца семидесятых годов двадцатого столетия, после чего ее постепенно начали вытеснять мини-ЭВМ и ставшая доступной технология поперечно-осевого сканирования. Поперечно-осевое сканирование стало возможным во многом благодаря совместной работе Годфри Хаунсфилда и выходца из Южной Африки Аллана Маклеода Кормака. С точки зрения математики, их метод был основан на использовании преобразования Радона. Но, как позже вспоминал Кормак, ему пришлось искать решение самостоятельно, поскольку он узнал о работе Радона случайно и только в 1972 году.

Коммерческие сканеры

Первый коммерчески жизнеспособный компьютерный томограф был изобретен сэром Годфри Хаунсфилдом в Великобритании, а именно в Центральной научно-исследовательской лаборатории компании EMI. Аппарат использовал энергию рентгеновских лучей. Хаунсфилд задумал свою идею в 1967 году. Первый EMI-сканер был установлен в больнице Аткинсон Морли в английском Уимблдоне. Первая процедура сканирования мозга была проведена первого октября 1971 года, о чем общественность была широко проинформирована в 1972 году.

Оригинальный прототип 1971 года выпуска воспринимал сто шестьдесят параллельных срезов при диапазоне в сто восемьдесят градусов, причем каждое сканирование занимало чуть более пяти минут. Изображения, полученные в ходе такого сканирования, обрабатывались на компьютере в течение двух с половиной часов с применением алгебраических методов реконструкции. Сканер был оснащен одним детектором с фотоумножителем и функционировал по принципу «преобразование-вращение».

Успех группы The Beatles позволил компании EMI финансировать дальнейшие исследования в этой области, что дало возможность сконструировать первые модели сканирующего оборудования для медицинских целей. Первые произведенные рентгеновские машины компьютерной томографии (получившие название «EMI-сканер»​​) были наделены лишь функцией томографии отделов мозга, однако, получали данные для реконструкции изображения в течение четырех минут (при сканировании двух соседних срезов). Время необходимых вычислений (с использованием миникомпьютера Data General Nova) составляло около семи минут на одно изображение. Для применения этого сканера требовалось использование заполненной водой емкости с резиновым изголовьем, в котором во время сканирования размещалась голова пациента. Емкость с водой использовалась для уменьшения динамического диапазона излучения. Полученные изображения имели относительно низкое разрешение и состояли из матрицы всего лишь 80х80 пикселей.

В США первая модель этого томографа начала функционировать в клинике Майо. В дань уважения за вклад компании в развитие систем клинической визуализации, руководством клиники было принято решение разместить EMI-сканер на специализированной выставке в радиологическом отделении больницы. Аллан Маклеод Кормак из Университета Тафтса в Массачусетсе самостоятельно изобрел аналогичный процесс. В 1979 году Хаунсфилд и Кормак совместно получили Нобелевскую премию по медицине.

Первой системой компьютерной томографии, которая могла создать изображение любой части тела и не требовала емкости с водой, стал ACTA-сканер (по англоязычной аббревиатуре названия автоматического компьютеризированного поперечно-осевого сканера). Сканер был разработан Робертом С. Ледли в университете Джорджтауна. Созданная им машина была оснащена тридцатью фотоумножителями в качестве детекторов и завершала процесс сканирования всего лишь за девять циклов преобразования и вращения, что составляет гораздо более быстрый результат по сравнению с EMI-сканером. Конструкция использовала миникомпьютер DEC PDP11/34 для управления сервисными механизмами, а также для получения и обработки изображений. Фармакологическая компания Pfizer приобрела прототип этого сканера, выкупив его, а также права на его производство у университета. Впоследствии компания Pfizer начала производство копий прототипа, назвав его "200FS" (аббревиатура FS означала «быстрое сканирование» на английском), которые продавались с молниеносной скоростью. Данное устройство создавало изображения в матрице 256×256 пикселей, что значительно лучше показателей EMI-сканера с его матрицей 80×80.

Со времен первого компьютерного томографа, технология проведения компьютерной томографии значительно улучшилась. Увеличение скорости, количества срезов, улучшение качества изображения было одним из основных направлений развития данной отрасли, особенно в сфере коронарной томографии. В настоящее время сканеры производят изображения гораздо быстрее и с более высоким разрешением, чем ранее, что позволяет врачам диагностировать состояние пациентов более точно и выполнять необходимые медицинские процедуры с большей точностью. В конце девяностых годов аппараты компьютерной томографии распределились по двум основным группам: фиксированная компьютерная томография и портативная компьютерная томография. Фиксированные сканеры компьютерной томографии имеют более крупные габариты, требуют наличия выделенного источника электропитания, защитного электрического шкафа, системы вентиляции и кондиционирования, отдельного места для рабочей станции, а также комнаты большой площади, выложенной слоем свинца. Фиксированные сканеры компьютерной томографии могут также быть установлены внутри больших автомобильных прицепов для перевозки с места на место. Они получили известность как «мобильные томографы». Портативные сканеры компьютерной томографии имеют малый вес, небольшие габариты и оснащены колесами для перемещения в пространстве. Эти сканеры часто имеют встроенный защитный слой свинца и работают как от батарей, так и от стандартного электропитания.

Этимология

Термин «томография» происходит от греческих слов «томос» (срез) и «графэ» (пишу). Компьютерная томография была первоначально известна как «EMI сканирование», поскольку процедура была разработана в начале семидесятых годов двадцатого столетия в научно-исследовательском центре компании EMI, которая сегодня является самой известной и авторитетной корпорацией в музыкальном и звукозаписывающем бизнесе. Впоследствии процедура получила распространение под названиями «компьютерная томография» и «секционная рентгенография».

Хотя термин «компьютерная томография» может быть использован для описания позитронно-эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), однако, на практике его обычно используют в отношении вычислительной томографии на базе полученных рентгеновских снимков. Особенно часто этот термин встречается в более ранней медицинской литературе и в более мелких медицинских учреждениях.

Термин «компьютерно-осевая томография» использовался с 1977 по 1979 годы, но в настоящее время и в современной медицинской терминологии включает в свое полное название упоминание о рентгене.

Типы оборудования

Вращающаяся трубка, обычно называемая спиральным компьютерным томографом, либо винтовой компьютерный томограф, в котором вся рентгеновская трубка вращается вокруг центральной оси той области, которая подвергается сканированию. Это преобладающий на рынке медицинского оборудования тип сканеров, которые производятся и используются уже долгое время. Производители этих сканеров предлагают более низкую стоимость производства и реализации. Основным недостатком этого типа сканеров являются габариты оборудования и инерционный момент (рентгеновская трубка и детектор расположены на противоположных сторонах окружности), который ограничивает скорость, с которой оборудование может вращаться.

Электронно-лучевая томография является специфической формой компьютерной томографии, в которой достаточно крупная рентгеновская трубка сконструирована так, что только электроны, перемещающиеся между катодом и анодом рентгеновской трубки, вращаются с отклонением от спирали. Данный тип оборудования имеет значительное преимущество, поскольку скорость развертки может быть намного быстрее, что позволяет получать менее размытые изображения движущихся структур, таких, как сердце и артерии. Тем не менее, подобное оборудование не слишком распространено, что в основном объясняется высокой стоимостью его производства, которая связана с изготовлением рентгеновской трубки и детекторной матрицы более крупных габаритов.

Предыдущие исследования

Компьютерная томография достаточно быстро пришла на смену исследованиям в области пневмоэнцефалографим головного мозга. Томография может быть выполнена путем перемещения источника рентгеновского излучения и детектора при экспозиции. Анатомические структуры на целевом уровне отображаются весьма четко, а на остальных уровнях немного размываются. Изменяя степень и траекторию движения, можно получить различные эффекты с переменной глубиной поля и различной степенью размытости структур, не подлежащих обследованию. Конвенционная томография, хотя уже в значительной степени устарела на настоящий момент, до сих пор используется в некоторых случаях, например, в стоматологии (известна как ортопантомография) или в сфере внутривенной урографии.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".