Что такое компьютерная томография

Процесс обследования больного, в современной медицине, все чаще опирается на применение оборудования, технологическое совершенствование которого, происходит чрезвычайно быстрыми темпами. Под давлением диагностической информации, получаемой с помощью компьютерной обработки результатов рентгенологического или магнитно-резонансного сканирования, утрачивают свое значение самостоятельные выводы врача, построенные на основе собственного опыта и классических диагностических приемов (пальпация, аускультация).

Совершенным витком развития рентгенологических методов исследования, основные принципы которого впоследствии легли в основу развития МРТ, можно считать компьютерную томографию. Термин «компьютерная томография» включает в себя общее понятие томографического исследования, подразумевающее компьютерную обработку любой информации, полученной с помощью лучевой и не лучевой диагностики, и узкое – подразумевающее исключительно рентгеновскую компьютерную томографию.

Насколько информативна компьютерная томография, что это такое и какова ее роль в распознавании болезней? Не приукрашивая и не умаляя значение томографии, можно уверенно констатировать, что ее вклад в изучение многих заболеваний огромен, поскольку предоставляет возможность получить изображение исследуемого объекта в поперечном сечении.

Суть метода

В основе компьютерной томографии (КТ) лежит способность тканей человеческого организма, с различной степенью интенсивности, поглощать ионизирующее излучение. Известно, что именно это свойство является основой классической рентгенологии. При постоянной силе пучка рентгеновских лучей, ткани, имеющие большую плотность, будут поглощать большую их часть, а ткани, имеющие меньшую плотность, соответственно, меньшую.

Зарегистрировать исходную и конечную мощность рентгеновского пучка, прошедшего через тело, не составляет трудностей, но при этом следует учитывать, что человеческое тело представляет собой неоднородный объект, имеющий на всем протяжении пути луча объекты различной плотности. При рентгенографии, определить разницу между просканированными средами, можно лишь по интенсивности наложенных друг на друга теней на фотобумаге.

Применение КТ позволяет полностью избежать эффекта наложения проекций различных органов друг на друга. Сканирование при КТ осуществляется с помощью одного или нескольких пучков ионизирующих лучей, пропущенных сквозь тело человека и зарегистрированных с противоположной стороны детектором. Показателем, определяющим качество полученного изображения, является количество детекторов.

При этом источник излучения и детекторы синхронно перемещаются в противоположных направлениях вокруг тела пациента и регистрируют от 1,5 до 6 миллионов сигналов, позволяя получить многократную проекцию одной и той же точки и окружающих ее тканей. Другими словами, рентгеновская трубка огибает объект исследования, задерживаясь каждые 3° и делая продольное смещение, детекторы фиксируют информацию о степени ослабления излучения в каждом положении трубки, а ЭВМ реконструирует степень поглощения и распределение точек в пространстве.

Применение сложных алгоритмов компьютерной обработки результатов сканирования, позволяет получить картину с изображением дифференцированных по плотности тканей, с точным определением границ, самих органов и пораженных участков в виде сечения.

Визуализация изображения

Для визуального определения плотности тканей при проведении компьютерной томографии используется черно-белая шкала Хаунсфилда, имеющая 4096 единиц изменения интенсивности излучения. Точкой отсчета в шкале, является показатель, отражающий плотность воды – 0 НU. Показатели, отражающие менее плотные величины, например, воздух и жировая ткань, находятся ниже нуля в диапазоне от 0 до -1024, а более плотные (мягкие ткани, кости) – выше нуля, в диапазоне от 0 до 3071.

Изменение контрастности изображения для улучшения визуализации структурных нарушений в межпозвоночном диске

Однако, современный компьютерный монитор не способен отразить такое количество оттенков серого цвета. В связи с этим, для отражения нужного диапазона, применяется программный перерасчет полученных данных, в доступный для отображения интервал шкалы.

При обычном сканировании томография показывает изображение всех структур, существенно различающихся по плотности, но структуры, имеющие близкие показатели, на мониторе не визуализируются, применяют сужение «окна» (диапазона) изображения. При этом хорошо различимы все объекты, находящиеся в просматриваемой зоне, но окружающие структуры разглядеть уже нельзя.

Эволюция КТ-аппаратов

Принято выделять 4 этапа совершенствования компьютерных томографов, каждое поколение которых отличалось улучшением качества получения информации благодаря увеличению количества принимающих детекторов и, соответственно, количества получаемых проекций.

1 поколение. Первые компьютерные томографы появились в 1973 году и состояли из одной рентгеновской трубки и одного детектора. Процесс сканирования осуществлялся посредством осуществления оборота вокруг тела пациента, в результате чего получался один срез, обработка которого занимала около 4–5 минут.

2 поколение. На смену пошаговым томографам, пришли аппараты, использующие веерный метод сканирования. В аппаратах такого типа использовалось сразу несколько детекторов, расположенных напротив излучателя, благодаря чему, время получения и обработки информации удалось сократить более чем в 10 раз.

3 поколение. Появление компьютерных томографов 3-го поколения заложило основу для последующего развития спиральной КТ. В конструкции аппарата было предусмотрено не только увеличение количества люминесцентных датчиков, но и возможность пошагового перемещения стола, во время движения которого происходило полное вращение сканирующей аппаратуры.

4 поколение. Несмотря на то что существенных изменений в качестве получаемой информации, с помощью новых томографов, достигнуть не удалось, положительным изменением стало сокращение времени обследования. Благодаря большому количеству электронных датчиков (более 1000), стационарно расположенных по всему периметру кольца, и самостоятельному вращению рентгеновской трубки, время, затрачиваемое на один оборот, стало составлять 0,7 секунды.

Виды томографии

Контрастная томография

Самой первой областью исследования с помощью КТ стала голова, но благодаря постоянному совершенствованию используемого оборудования, сегодня, есть возможность исследовать любую часть человеческого тела. На сегодняшний день можно выделить следующие виды томографии, использующие при сканировании рентгеновское излучение:

• спиральная КТ;
• МСКТ;
• КТ с двумя источниками излучения;
• конусно-лучевая томография;
• ангиография.

Спиральная КТ

Суть спирального сканирования сводится к одновременному выполнению следующих действий:

• постоянное вращение рентгеновской трубки, выполняющей сканирование тела пациента;
• постоянное перемещение стола с лежащим на нем пациентом в направлении оси сканирования через окружность томографа.

Схематичное изображение работы спиральной КТ, имеющей массу преимуществ перед другими видами диагностики

Благодаря движению стола, траектория движения лучевой трубки приобретает форму спирали. В зависимости от целей исследования, скорость движения стола может регулироваться, что никак не отражается на качестве, получаемого изображения. Сильной стороной компьютерной томографии, является возможность исследования структуры паренхиматозных органов брюшной полости (печени, селезенки, поджелудочной железы, почек) и легких.

МСКТ

Мультиспиральная (мультисрезовая, многослойная) компьютерная томография (МСКТ), является относительно молодым направлением КТ, появившимся в начале 90-х. Основным отличием МСКТ от спиральной КТ, является наличие нескольких рядов детекторов, стационарно расположенных по окружности. Для обеспечения стабильного и равномерного приема излучения всеми датчиками, была изменена форма пучка, излучаемого рентгеновской трубкой.

Количество рядов детекторов обеспечивает одновременное получение нескольких оптических срезов, например, 2 ряда детекторов, обеспечивает получение 2-х срезов, а 4 ряда, соответственно, 4-х срезов одновременно. Количество получаемых сечений зависит от того, сколько рядов детекторов предусмотрено в конструкции томографа.

Последним достижением МСКТ считается 320-рядовые томографы, позволяющие не только получать объемное изображение, но и наблюдать физиологические процессы, происходящие в момент обследования (например, наблюдать за сердечной деятельностью). Еще одним положительным отличием МСКТ последнего поколения, можно считать, возможность получить полную информацию об исследуемом органе после одного оборота рентгеновской трубки.

Трехмерная реконструкция шейного отдела позвоночника

КТ с двумя источниками излучения

КТ с двумя источниками излучения можно считать одной из разновидностей МСКТ. Предпосылкой для создания такого аппарата, послужила необходимость исследования движущихся объектов. Например, для получения среза при исследовании сердца, требуется временной промежуток, в период которого, сердце находится в относительном покое. Такой промежуток должен быть равен третьей части секунды, что составляет половину времени оборота рентгеновской трубки.

Поскольку, при увеличении скорости оборота трубки, увеличивается ее вес, и, соответственно, растет перегрузка, то единственная возможность получить информацию за такой короткий срок – это использовать 2 рентгеновские трубки. Расположенные под углом в 90°, излучатели позволяют проводить обследование сердца и частота сокращений неспособна повлиять на качество полученных результатов.

Конусно-лучевая томография

Конусно-лучевой компьютерный томограф (КЛКТ), как и любой другой состоит из рентгеновской трубки, регистрирующих датчиков и программного комплекса. Однако, если у обычного (спирального) томографа пучок излучения имеет веерную форму, а регистрирующие датчики расположены на одной линии, то конструктивной особенностью КЛКТ, является прямоугольное расположение датчиков и небольшой размер фокусного пятна, что позволяет получить изображение небольшого объекта за 1 оборот излучателя.

Такой механизм получения диагностической информации в разы снижает лучевую нагрузку на пациента, что позволяет использовать этот метод в следующих областях медицины, где потребность в рентгенологической диагностике чрезвычайно велика:

• стоматология;
• ортопедия (исследование коленного, локтевого или голеностопного сустава);
• травматология.

Кроме того, при использовании КЛКТ предусмотрена возможность дополнительного снижения лучевой нагрузки путем перевода томографа в импульсный режим, во время которого излучение подается не постоянно, а импульсами позволяя снизить дозу облучения еще на 40%.

О различных вариантах расположения нервного канала нижней челюсти стало известно только после появления КЛКТ

Ангиография

Информация, полученная с помощью КТ-ангиографии, представляет собой трехмерное изображение кровеносных сосудов, полученное с помощью классической рентгеновской томографии и компьютерной реконструкции изображения. Для получения объемного изображения сосудистой системы в вену пациента вводят рентгенконтрастное вещество (обычно йодосодержащее) и выполняют серию снимков обследуемой зоны.

Несмотря на то что под КТ понимается преимущественно рентгеновская компьютерная томография, во многих случаях, понятие включает в себя и другие диагностические методы, основанные на ином способе получении исходных данных, но сходным способом их обработки.

Примером таких методик могут служить:

• магнитно-резонансная томография (МРТ);
• оптическая когерентная томография (ОКТ);
• позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ);
• МРТ.

Несмотря на то что в основе МРТ лежит аналогичный КТ принцип обработки информации, способ получения исходных данных имеет существенные различия. Если при КТ, происходит регистрация ослабления ионизирующего излучения, проходящего сквозь исследуемый объект, то при МРТ регистрируют разницу между концентрацией ионов водорода в различных тканях.

Для этого ионы водорода приводят в возбуждение с помощью мощного магнитного поля и фиксируют энергетический выброс, позволяющий получить представление о структуре всех внутренних органов. Благодаря отсутствию негативного влияния на организм ионизирующего излучения и высокой точности получаемой информации, МРТ стала достойной альтернативой КТ.

Также, МРТ имеет определенное превосходство перед лучевой КТ, при исследовании следующих объектов:

• мягких тканей;
• полых внутренних органов (прямой кишки, мочевого пузыря, матки);
• головного и спинного мозга.

ОКТ

Диагностика с помощью оптической когерентной томографии осуществляется путем замера степени отражения инфракрасного излучения с чрезвычайно короткой длиной волны. Механизм получения данных имеет некоторое сходство с ультразвуковым исследованием, однако, в отличие от последнего, позволяет исследовать только близкорасположенные и некрупные объекты, например:

• слизистая оболочки;
• сетчатка глаза;
• кожа;
• десневые и зубные ткани.

Читайте также:
Компьютерная томография малого таза
МСКТ-ангиография

ПЭТ

Позитронно-эмиссионный томограф не имеет в своей структуре рентгеновской трубки, так как производит регистрацию излучения радионуклида, находящегося непосредственно в организме пациента. Метод не дает представления о структуре органа, но позволяет оценить его функциональную активность. Чаще всего ПЭТ используют для оценки деятельности почек и щитовидной железы.

На снимке ПЭТ статическое изображение почек

Контрастное усиление

Необходимость постоянного совершенствования результатов обследования, заставляет усложнять диагностический процесс. Повышение информативности за счет контрастирования, опирается на возможность разграничения тканевых структур, имеющих даже незначительные отличия по плотности, часто не определяемые при проведении обычной КТ.

Известно, что здоровая и пораженная патологией ткань имеет различную интенсивность кровоснабжения, что обусловливает разницу в объеме поступающей крови. Введение рентгенконтрастного вещества позволяет усилить плотность изображения, что тесно взаимосвязано с концентрацией йодосодержащего рентгенконтраста. Введение в вену 60% контрастного вещества в количестве 1 мг на 1 кг веса пациента позволяет улучшить визуализацию исследуемого органа приблизительно на 40–50 единиц Хаунсфилда.

Существует 2 способа введения контраста в организм:

• пероральный;
• внутривенный.

В первом случае, пациент выпивает препарат. Как правило, такой способ применяют для визуализации полых органов желудочно-кишечного тракта. Внутривенное введение позволяет оценить степень накопления препарата тканями исследуемых органов. Его проведение может осуществляться путем ручного или автоматического (болюсного) введения вещества.

Показания

Область применения КТ практически не имеет ограничений. Чрезвычайно информативна томография органов брюшной полости, головного мозга, костного аппарата, при этом выявление опухолевых образований, травм и обычных воспалительных процессов, обычно, не требует дополнительных уточнений (например, проведения биопсии).

КТ показана в следующих случаях:

• когда требуется исключить вероятный диагноз, среди пациентов, входящих в группу риска (скрининговое обследование), проводится при следующих сопутствующих обстоятельствах:
• постоянные головные боли;
• травма головы;
• обморок, не спровоцированный очевидными причинами;
• подозрения на развитие злокачественных новообразований в легких;
• при необходимости проведения экстренного обследования головного мозга:
• судорожный синдром, осложненный лихорадкой, потерей сознания, отклонениями в психическом состоянии;
• травма головы с проникающим повреждением черепа или нарушением свертываемости крови;
• головная боль, сопровождающаяся нарушением психического состояния, когнитивными нарушениями, повышением артериального давления;
• подозрения на травматическое или иное повреждение магистральных артерий, например, аневризма аорты;
• подозрения на наличие патологических изменений органов, вследствие проводимого ранее лечения или при наличии в анамнезе онкологического диагноза.

Шприц инжектор вводит контрастное вещество в режиме, оптимальном для проведения сканирования

Проведение

Несмотря на то что для выполнения диагностики требуется сложное и дорогостоящее оборудование, процедура довольно проста в исполнении и не требует от пациента каких-либо усилий. В перечень этапов, описывающих, как делают компьютерную томографию, можно включить 6 пунктов:

• Анализ показаний к диагностике и разработка тактики проведения исследования.
• Подготовка и укладывание пациента на стол.
• Корректировка мощности излучения.
• Выполнение сканирования.
• Фиксация полученной информации на съемном носителе или фотобумаге.
• Составление протокола с описанием результата обследования.

Накануне или в день проведения обследования, паспортные данные пациента, анамнез и показания к проведению процедуры, фиксируются в базе данных поликлиники. Сюда же заносятся результаты компьютерной томографии.

Довольно трудно охватить все направления развития и диагностические возможности КТ, которые, до сих пор, продолжают расширяться. Появляются новые программы, позволяющие получить объемное изображение интересующего органа, «очищенное» от посторонних структур, не имеющих отношения к исследуемому объекту. Разработки «низкодозного» оборудования, предоставляющие аналогичные по качеству результаты, смогут составить конкуренцию не менее информативному методу МРТ.