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.

Появление компьютерной томографии, как метода сканирования человеческого организма, стало возможным только благодаря открытию Вильгельмом Рентгеном, немецким физиком, Х-лучей с уникальной способностью проникать сквозь твёрдые предметы. Спустя некоторое время после этого открытия, лучи получили название рентгеновских, а научный и медицинский мир обрёл невиданный ранее способ исследовать внутреннее состояние человеческого организма без проведения открытых хирургических вмешательств – сканирование рентгеновскими лучами. Рентгенография, как метод получения снимков частей тела в одной плоскости, по сути, стала первым шагом к появлению компьютерной томографии – уже в начале 20 века рентгенографию начали применять в медицинских учреждениях. А благодаря достижениям научно-технического прогресса в 20 столетии, результатами которых стали первые ЭВМ (электронно-вычислительные машины), в 70-х годах медицинскому сообществу всего мира впервые была представлена компьютерная томография.

Становление компьютерной томографии: от Пирогова до Кормака

Несмотря на то, что КТ считается достижением науки конца 20 века, понятие томографии, как и сама методика послойного снятия информации о человеческом организме, впервые появилось в 19 столетии в трудах Николая Ивановича Пирогова, хирурга и анатома. Им был разработана тактика изучения анатомического строения внутренних органов, которую он назвал топографической анатомией.

Суть предложенного способа заключалась в том, чтобы не производить вскрытие трупов сразу по стандартной схеме. Сначала тело необходимо было подвергнуть заморозке, после чего можно было производить послойное разрезание в различных анатомических проекциях. Таким образом, медики получали возможность изучить внутренние состояния больных, правда, уже после их смерти. Помочь умершему таким образом, безусловно, не представлялось возможным, однако собранная таким образом информация представляла собой бесценный клад для науки, для разработки методов диагностирования и лечения, которые можно было успешно применять на живых пациентах. Описанная методика получила название анатомической томографии или “ледяной анатомии” Пирогова.

Начало было положено. В 1895 году происходит открытие проникающих рентгеновских лучей. В начале 20 столетия И. Радон, австрийский учёный-математик, выводит закон, обосновывающий способность Х-лучей по-разному поглощаться средами различной плотности. Именно это свойство рентгеновского облучения и лежит в основе всего метода компьютерной томографии (КТ).

Американский и австрийский физики Кормак и Хаунсфилд, основываясь на теории Радона, независимо друг от друга продолжают работать в этом направлении, и в конце 60-х представляют миру первые прототипы компьютерных томографов. Уже с 1972 года эти аппараты начинают применяться для диагностики пациентов по всему миру.

Виды компьютерных томографов

Процесс развития компьютерных томографов насчитывает 5 этапов, соответственно, за это время были разработаны 5 типов томографов.

Томографы первого поколения конструировались по подобию аппарата Хаунсфилда. Учёный использовал в своём приборе кристаллический детектор с фотоэлектронным умножителем. В роли источника излучения выступала трубка, связанная с детектором. Трубка поочерёдно делала поступательные и вращательные движения при постоянно транслирующемся рентгеновском излучении. Такие аппараты применялись только для обследования головного мозга, так как диаметр просвечиваемой зоны не превышал 24-25 сантиметров, кроме того, сканирование длилось долго, и обеспечить на всё время его проведения полную неподвижность пациента было проблематично.

Второе поколение компьютерных томографов появилось в 1974 году, когда впервые миру были представлены аппараты с несколькими детекторами. Отличие от устройств предыдущего типа заключалось в том, что поступательные движения трубки производились быстрее, а после этого движения трубка делала поворот на 3-10 градусов. За счёт этого полученные снимки были более чёткими, а лучевая нагрузка на организм уменьшалась. Однако продолжительность томографии с использованием такого аппарата всё равно была большой – до 60 минут.

Третий этап развития томографических аппаратов впервые исключал поступательное движение трубки. Диаметр исследуемой зоны увеличился до 40-50 сантиметров, кроме того, используемое компьютерное оборудование стало существенно более мощным: в нём начали использовать более современные первичные матрицы.

Четвёртое поколение томографов появилось на стыке семидесятых и восьмидесятых годов. В них предусматривалось наличие 1100-1200 неподвижных детекторов, расположенных по кольцу. В движение приходила только рентгеновская трубка, благодаря чему время получения изображения существенно сократилось.

Самые современные аппараты – компьютерные томографы пятого поколения. Их принципиальное отличие от предыдущих устройств заключается в том, что в них поток электронов продуцируется неподвижной электронно-лучевой пушкой, которая располагается за томографом. При прохождении через вакуум, поток фокусируется и направляется электромагнитными катушками на вольфрамовую мишень под столом, где располагается пациент. Мишени большой массы размещены в четыре ряда и охлаждаются непрерывной подачей проточной . Неподвижные твёрдотельные детекторы находятся напротив мишеней. Аппараты такого типа изначально использовались для сканирования сердца, так как позволяли получить картинку без шумов и артефактов от пульсации органа, а сейчас они применяются повсеместно.

Суть метода компьютерной томографии

Диагностика посредством КТ представляет собой процесс получения изображения слоя малой толщины посредством обработки данных, полученных с детекторов рентгеновского излучения, путём просвечивания слоя в разных проекциях. Во время сканирования трубка осуществляет обороты вокруг объекта. Различия в плотности различных участков объекта исследования, которые встречает на своём пути излучение, вызывают изменения его интенсивности, фиксирующиеся детектором. Получаемый сигнал обрабатывается компьютерной программой, которая конструирует на его основе послойное изображение.

Современные аппараты дают минимальную толщину слоя от 0,5 миллиметра.

Классификации компьютерной томографии по различным признакам

Одним из оснований разделения процедуры на виды является количество изображения, которое она позволяет получить за одно вращение трубки:

• односрезовая КТ даёт один снимок в одной проекции за одно вращение;
• многосрезовые КТ могут осуществлять сканирование от 2 до 640 срезов за один цикл трубки.

В зависимости от использования в процессе контрастирующего вещества, различают:

• КТ без контраста;
• КТ с контрастом, когда пациенту перед началом процедуры внутривенно или перорально вводится окрашивающее вещество.

Применение компьютерной томографии с контрастом обусловлено необходимостью:

• повышения информативности полученных снимков:
• усиления дифференциации близко расположенных органов на изображении;
• отделения патологических и нормальных структур на снимках;
• уточнения характера обнаруженных патологических изменений.

По количеству детекторов и оборотов трубки в единицу времени различают такие разновидности компьютерной томографии:

• последовательная КТ;
• спиральная томография;
• многослойная мультиспиральная компьютерная томография.

Последовательная компьютерная томография

Такой вид КТ предполагает, что, после совершения каждого оборота, рентгеновская трубка останавливается для того, чтобы вернуться в исходное положение перед началом следующего цикла. Пока трубка неподвижна, стол томографа с пациентом передвигается вперёд на определённое расстояние (так называемый “шаг стола”) для того, чтобы произвести снимок следующего среза. Толщина среза, а, соответственно, и шага, выбирается в зависимости от целей обследования. При исследовании грудной клетки и брюшной полости, время неподвижности трубки пациент использует для того, чтобы совершить выдох или вдох, и задержать дыхание для следующего снимка. Такой процесс сканирования является фрагментарным, дискретным. Он разделён на циклы, равные одному обороту трубки вокруг объекта сканирования.

Последовательная КТ, на сегодняшний день, применяется достаточно редко. Её используют для обследования различных органов и частей тела, однако у неё есть ряд недостатков (значительная длительность, сдвиг и несоответствие томографических срезов в результате движений пациента), из-за которых её понемногу вытесняют другие разновидности компьютерной томографии – спиральная и многослойная мультиспиральная.

Как работает спиральная томография

Этот вид КТ впервые был предложен в медицинской практике в 1988 году. Его суть заключается в непрерывности двух действий: вращения рентгеновской трубки вокруг объекта исследования, и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования сквозь апертуру гентри. Гентри включает в себя источник излучения, детекторы сигналов, а также систему, которая обеспечивает их непрерывное движение. Диаметр апертуры гентри – это глубина области объекта, на которую распространяются возможности сканирования.

В процессе проведения этого вида томографии, движение рентгеновской трубки имеет траекторию спирали. В этом случае скорость движения стола с пациентом может принимать произвольные значения, необходимые для достижения целей исследования. Такая технология позволила уменьшить длительность процедуры, следовательно, и лучевую нагрузку на обследуемого.

Мультиспиральная многослойная компьютерная томография

Основополагающее отличие такого вида компьютерной томографии состоит в количестве детекторов – по окружности гентри их может располагаться минимум 2 ряда, общим количеством до 1100-1200 штук.

Впервые технология мультиспирального или мультисрезового сканирования была предложена в 1992 году. Изначально она подразумевала произведение двух срезов в течение одного цикла вращения рентгеновской трубки, что существенно увеличивало производительность томографа. Сегодня аппараты позволяют получить до 640 срезов объекта за одно вращение, в результате чего появляется не только высокоточная и качественная картинка на снимках, но и возможность следить за состоянием органов в реальном времени. Существенно сократилось и время проведения процедуры – мультиспиральная компьютерная томография, или МСКТ, длится всего 5-7 минут. Такой тип томографии предпочтителен для обследования костных тканей.

Иные разновидности компьютерной томографии

Ещё одним фактором, определяющим дифференциацию видов КТ, является количество источников, выделяющих излучение. С 2005 года на рынке томографов появились первые аппараты с двумя рентгеновскими трубками. Их разработка являлась закономерной необходимостью для выведения компьютерной томографии объектов, находящихся в очень быстром, непрерывном движении, например, сердца. Для достижения наибольшей результативности и объективности результатов обследования этого органа, период среза сканирования должен быть максимально коротким. Усовершенствование существующих томографов с одной рентгеновской трубкой остановилось на том, что был достигнут технический предел скорости её вращения. Использование двух источников излучения, расположенных под углом 90 градусов, даёт возможность получать изображение сердца независимо от частоты его сокращений.

Важное преимущество аппаратов с двумя трубками излучения – их полная “автономность” друг от друга, то есть возможность каждой из них работать в самостоятельном режиме, с различающимися значениями напряжения и тока. Благодаря этому, близко расположенные предметы разной плотности удаётся лучше дифференцировать на изображении.

По областям сканирования выделяют компьютерную томографию:

• внутренних органов;
• костей и суставов;
• сосудистой системы;
• головного и спинного мозга.

Каждый из видов томографии различается между собой требованиями по подготовке, необходимостью или отсутствием необходимости вводить контраст, а также режимом работы аппарата.

Компьютерная томография внутренних органов

КТ внутренних органов позволяет получить чёткие снимки и трёхмерное изображение органов грудной клетки, брюшной полости, средостения, шеи, забрюшинного пространства, малого таза, бронхов, мягких тканей.

КТ опорно-двигательного аппарата

Компьютерная томография костей и суставов сканирует состояние и функциональные нарушения в плотных костных образованиях, мышцах, суставных структурах, а также в подкожно-жировой клетчатке. Если, например, для исследования состояния костей успешно используется и рентгенография, то обследование суставов – процесс, требующий более изощрённых решений, ведь сустав представляет собой сложную систему взаимосвязанных между собой элементов. Безусловно, есть иные методы исследования этих частей тела, например, артроскопия и артрография, но они требуют хирургического вмешательства, порой незначительного, однако из-за него могут возникать различные осложнения после процедуры.

Томографическое обследование сосудов

Сканирование сосудистой системы человека с использованием компьютерного томографа, чаще всего, происходит с контрастированием. Такое обследование даёт возможность увидеть и проанализировать особенности строения сосудов, наличие сужений или расширений, тромбов, расслоения, аневризмы, стеноза, артерио-венозной мальформации.

Сканирование головного и спинного мозга с помощью технологий КТ

Компьютерная томография на сегодняшний день является одним из основных способов визуализации спинного и головного мозга для их исследования. Процедура даёт хорошую видимость всех структур головного мозга: мозолистого тела, больших полушарий, мозжечка, варолиева моста, гипофиза, продолговатого мозга, ликворопроводящих областей, борозд полушарий и мозжечка, а также мест выхода самых крупных мозговых нервов.

Что касается спинного мозга, в течение долгого времени единственным способом обследования этого органа была рентгеновская миелография, проводимая с контрастированием. По своей сути, она представляла собой процесс получения рентгеновских снимков с предварительным введением пациенту окрашивающего вещества.

По результатам современной компьютерной томографии можно определить форму, контур, структуру спинного мозга, при этом он хорошо дифференцируется от окружающего его ликвора. На снимках определяются корешки и спинно-мозговые нервы, а также сосудистая система спинного мозга.

Перфузионная компьютерная томография

КТ-перфузия – методика компьютерной томографии, проводимая для определения уровня кровотока во внутренних органах, в основном, в головном мозге или печени. Перфузия определяется как отношение объема крови к объёму тканей конкретного органа. Такой вид томографии позволяет оценить особенности притока, проницаемости и оттока крови.

Основные достоинства и недостатки метода

Технология обследования внутренних органов и систем тела человека с использованием специального компьютерного оборудования и свойств рентгеновского облучения, по ряду причин достаточно высоко оценивается медиками всего мира. Результаты КТ представляют собой снимки костей, органов, сосудов и мягких тканей, имеющие высокою качество изображения. Томографы последнего поколения дают возможность не только построить трёхмерную модель большинства внутренних структур человеческого тела, но и, практически, наблюдать за ними в режиме реального времени. Полученная информация легко поддаётся обработке, и отличается простотой исследования для врача-рентгенолога. Удобство представляет и возможность сохранить изображение в цифровом виде на специальном запоминающем устройстве, и, при необходимости, распечатать его столько раз, сколько необходимо.

В отличие от МРТ, компьютерную томографию разрешено назначать пациентам с металлическими имплантами, несъёмными протезами, внедрёнными в тело спицами, а также кардиостимуляторами.

Пациенты, перенёсшие процедуру, отмечают её безболезненность и быстроту. В редких случаях может понадобиться, чтобы пациент находился в полости томографа дольше 15-20 минут.

По сравнению с обычной рентгенографией, КТ подвергает пациента гораздо меньшему уровню облучения.

Однако, кроме неоспоримых достоинств, метод обследования с применением компьютерного томографа имеет и некоторые недостатки, основной из которых – сам факт использования рентгеновских лучей, особенно учитывая, что человеческое тело можно исследовать и без их применения, например, посредством МРТ. Из-за того, что процедура подвергает пациента облучению, её не рекомендуется назначать детям и беременным женщинам. Также нежелательно использовать метод КТ чаще, чем 2-3 раза в год.

Сканирование состояния внутренних органов, костей, сосудистой системы, тканей – объективная необходимость в медицине. Вся лечебная деятельность без тщательного и информативного обследования, по сути, не имеет смысла, так как установить диагноз, определить тактику лечения, или проверить эффективность уже проведённой терапии без проведения диагностики крайне сложно. Благодаря коллективной работе учёных – физиков, математиков, медиков – в мировой медицинской практике появилась компьютерная томография. За годы своего существования и развития она прошла несколько этапов, во время которых менялись и совершенствовались аппараты, модернизировалась техника, появлялись новые методики и приёмы обследования: КТ с контрастом и без него, последовательная, спиральная, многослойная КТ, а также компьютерная томография с двумя источниками излучения. Каждая из этих видов компьютерной томографии имеет свои особенности, и может применяться с разными целями – от сканирования головного мозга до исследования состояния суставов.

Компьютерная томография - метод был предложен в 1972 г Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком , удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

Компьютерная томография (КТ) - в широком смысле, синоним термина томография (так как все современные томографические методы реализуются с помощью компьютерной техники); в узком смысле (в котором употребляется значительно чаще), синоним термина рентгеновская компьютерная томография , так как именно этот метод положил начало современной томографии.

Рентгеновская компьютерная томография - томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.

Появление компьютерных томографов

Первые математические алгоритмы для КТ были разработаны в г. австрийским математиком И. Радоном (см. преобразование Радона). Физической основой метода является экспоненциальный закон ослабления излучения , который справедлив для чисто поглощающих сред. В рентгеновском диапазоне излучения экспоненциальный закон выполняется с высокой степенью точности, поэтому разработанные математические алгоритмы были впервые применены именно для рентгеновской компьютерной томографии.

Предпосылки метода в истории медицины

Изображения, полученные методом рентгеновской компьютерной томографии, имеют свои аналоги в истории изучения анатомии . В частности, Николай Иванович Пирогов разработал новый метод изучения взаиморасположения органов оперирующими хирургами, получивший название топографической анатомии . Сутью метода было изучение замороженных трупов, послойно разрезанных в различных анатомических плоскостях («анатомическая томография»). Пироговым был издан атлас под названием «Топографическая анатомия, иллюстрированная разрезами, проведёнными через замороженное тело человека в трёх направлениях». Фактически, изображения в атласе предвосхищали появление подобных изображений, полученных лучевыми томографическими методами исследования.

Разумеется, современные способы получения послойных изображений имеют несравнимые преимущества: нетравматичность, позволяющая прижизненную диагностику заболеваний; возможность аппаратной реконструкции однократно полученных изображений в различных анатомических плоскостях (проекциях), а также трёхмерной реконструкции; возможность не только оценивать размеры и взаиморасположение органов, но и детально изучать их структурные особенности и даже некоторые физиологические характеристики, основываясь на показателях рентгеновской плотности и их изменении при внутривенном контрастном усилении.

Шкала Хаунсфилда

Для визуальной и количественной оценки плотности визуализируемых методом компьютерной томографии структур используется шкала ослабления рентгеновского излучения, получившая название шкалы Хаунсфилда (её визуальным отражением на мониторе аппарата является чёрно-белый спектр изображения). Диапазон единиц шкалы («денситометрических показателей , англ. Hounsfield units »), соответствующих степени ослабления рентгеновского излучения анатомическими структурами организма, составляет в среднем от - 1024 до + 1024 (в практическом применении эти величины могут несколько отличаться на разных аппаратах). Средний показатель в шкале Хаунсфилда (0 HU) соответствует плотности воды, отрицательные величины шкалы соответствуют воздуху и жировой ткани, положительные - мягким тканям, костной ткани и более плотному веществу (металл).

Следует отметить, что «рентгеновская плотность» - усредненное значение поглощения тканью излучения; при оценке сложной анатомо-гистологической структуры измерение её «рентгеновской плотности» не всегда позволяет с точностью утверждать, какая ткань визуализируется (например, насыщенные жиром мягкие ткани имеют плотность, соответствующую плотности воды).

Изменение окна изображения

Обычный компьютерный монитор способен отображать до 256 градаций серого цвета, некоторые специализированные медицинские аппараты способны показывать до 1024 градаций. В связи со значительной шириной шкалы Хаунсфилда и неспособностью существующих мониторов отразить весь её диапазон в черно-белом спектре, используется программный перерасчет серого градиента в зависимости от интересуемого интервала шкалы. Черно-белый спектр изображения можно применять как в широком диапазоне («окне») денситометрических показателей (визуализируются структуры всех плотностей, однако невозможно различить структуры, близкие по плотности), так и в более-менее узком с заданным уровнем его центра и ширины («легочное окно», «мягкотканное окно» и т. д.; в этом случае теряется информация о структурах, плотность которых выходит за пределы диапазона, однако хорошо различимы структуры, близкие по плотности). Проще говоря, изменение центра окна и его ширины можно сравнить с изменением яркости и контрастности изображения соответственно.

Средние денситометрические показатели

КТ-скан грудной клетки в легочном и мягкотканном окнах (на изображениях указаны параметры центра и ширины окна)

Вещество	HU
Воздух	−1000
Жир	−120
Вода	0
Мягкие ткани	+40
Кости	+400 и выше

Развитие современного компьютерного томографа

Современный компьютерный томограф фирмы Siemens Medical Solutions

Современный компьютерный томограф представляет собой сложный программно -технический комплекс. Механические узлы и детали выполнены с высочайшей точностью. Для регистрации прошедшего через среду рентгеновского излучения используются сверхчувствительные детекторы , конструкция и материалы, применяемые при изготовлении которых постоянно совершенствуются. При изготовлении КТ томографов предъявляются самые жесткие требования к рентгеновским излучателям. Неотъемлемой частью аппарата является обширный пакет программного обеспечения , позволяющий проводить весь спектр компьютерно-томографических исследований (КТ-исследований) с оптимальными параметрами, проводить последующую обработку и анализ КТ-изображений. Как правило, стандартный пакет программного обеспечения может быть значительно расширен с помощью узкоспециализированных программ, учитывающих особенности сферы применения каждого конкретного аппарата .

Поколения компьютерных томографов: от первого до четвёртого

Прогресс КТ томографов напрямую связан с увеличением количества детекторов, то есть с увеличением числа одновременно собираемых проекций.

Аппарат 1-го поколения появился в 1973 г. КТ аппараты первого поколения были пошаговыми. Была одна трубка направленная на один детектор. Сканирование производилось шаг за шагом делая по одному обороту на слой. Один слой изображения обрабатывлся около 4 минут.

Во 2-ом поколении КТ аппаратов использовался веерный тип конструкции. На кольце вращения напротив рентгеновской трубки устанавливалось несколько детекторов. Время обработки изображения составило 20 секунд.

3-ее поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии. Движение трубки и детекторов, за один шаг стола синхронно осуществляла полное вращение по часовой стрелке, что значительно уменьшило время исследования. Увеличилось и количество детекторов. Время обработки и реконструкций заметно уменьшилось.

4-ое поколение имеет 1088 люминисцентных датчика расположенных по всему кольцу гантри. Вращается лишь рентгеновская трубка. Благодаря этому методу время вращения сократилось до 0,7 секунд. Но существенного отличия в качестве изображений с КТ аппаратами 3-го поколения не имеет.

Двумя основными разновидностями введения контрастного препарата являются пероральное (пациент с определенным режимом выпивает раствор препарата) и внутривенное (производится медицинским персоналом). Главной целью первого метода является контрастирование полых органов желудочно-кишечного тракта; второй метод позволяет оценить характер накопления контрастного препарата тканями и органами через кровеносную систему. Методики внутривенного контрастного усиления во многих случаях позволяют уточнить характер выявленных патологических изменений (в том числе достаточно точно указать наличие опухолей, вплоть до предположения их гистологической структуры) на фоне окружающих их мягких тканей, а также визуализировать изменения, не выявляемые при обычном («нативном») исследовании.

В свою очередь внутривенное контрастирование делится на два метода: обычное внутривенное контрастирование и болюсное контрастирование.

При первом методе контраст вводится от руки рентген-лаборантом, время и скорость введения не регулируются, после введения контрастного вещества начинается само исследование.

При втором методе контраст так же вводится внутривенно, но вводит в вену контраст уже специальный аппарат, разграничивающий время подачи. Метод заключается в том, чтобы разграничить фазы контрастирования. Примерно через 20 секунд после начала введения аппаратом контраста, начинается сканирование, при котором визуализируется наполнение артерий. Затем аппарат через определенное время сканирует этот же участок второй раз для выделения венозной фазы, в которой визуализируется наполнение вен. В венозной фазе различают множество подфаз, в зависимости от изучаемого органа. Так же различают паренхиматозную фазу, при которой наблюдается равномерное повышение показателей плотности паренхиматозных органов.

Компьютерная томография с двумя источниками

DSCT - Dual Source Computed Tomography. Русскоязычной аббревиатуры в настоящее время нет.

В 2005 году компанией 1979 году, но технически его реализация в тот момент была невозможно.

По сути он является одним из логичных продолжений технологии МСКТ. Дело в том, что при исследовании сердца (КТ-коронарография) необходимо получение изображений объектов находящихся в постоянном и быстром движении, что требует очень короткого периода сканирования. В МСКТ это достигалось синхронизацией ЭКГ и обычного исследования при быстром вращении трубки. Но минимальный промежуток времени, требуемый для регистрации относительно неподвижного среза для МСКТ при времени обращения трубки, равном 0,33 с (≈3 оборота в секунду), равен 173 мс, то есть время полуоборота трубки. Такое временное разрешение вполне достаточно для нормальной частоты сердечных сокращений (в исследованиях показана эффективность при частотах менее 65 ударов в минуту и около 80, с промежутком малой эффективности между этими показателями и при больших значениях). Некоторое время пытались увеличить скорость вращения трубки в гентри томографа. В настоящее время достигнут предел технических возможностей для ее увеличения, так как при обороте трубки в 0,33 с ее вес возрастает в 28 раз (перегрузки 28 ). Чтобы получить временное разрешение менее 100 мс, требуется преодоление перегрузок более чем 75 g.

Использование же двух рентгеновских трубок, расположенных под углом 90°, дает временное разрешение, равное четверти периода обращения трубки (83 мс при обороте за 0,33 с). Это позволило получать изображения сердца независимо от частоты сокращений.

Также такой аппарат имеет еще одно значительное преимущество: каждая трубка может работать в своем режиме (при различных значениях напряжения и тока, кВ и мА соответственно). Это позволяет лучше дифференцировать на изображении близкорасположенные объекты различных плотностей. Особенно это важно при контрастировании сосудов и образований, находящихся близко от костей или металлоконструкций. Данный эффект основан на различном поглощении излучения при изменении его параметров у смеси кровь + йодсодержащее контрастное вещество при неизменности этого параметра у гидроксиапатита (основа кости) или металлов.

В остальном аппараты являются обычными МСКТ аппаратами и обладают всеми их преимуществами.

Массовое внедрение новых технологий и компьютерных вычислений позволили внедрить в практику такие методы, как виртуальная эндоскопия, в основе которых лежит РКТ и МРТ.

Литература

• Cormack A.M. Early two-dimensional reconstruction and recent topics stemming from it // Nobel Lectures in Physiology or Medicine 1971-1980. - World Scientific Publishing Co., 1992. - p. 551-563

Компьютерная томография, сокращенно КТ - это способ получения послойных срезов тела человека или другого объека с помощью рентгеновских лучей. Этот метод для диагностических целей был предложен к использованию в 1972 году, его основателями принято считать Годфри Хаунсфилда и Алана Кормака, получившими за свои разработки Нобелевскую премию. В основе компьютерной томографии лежит измерение разницы ослабления рентгеновского излучения различными тканями, обработка полученных данных компьютером с помощью математических алгоритмов и формирование графического отображения (срезов) органов человека на экране с последующей их интерпретацией врачом-радиологом.

В момент своего появления компьютерная томография произвела революцию в медицинской диагностике, так как впервые появилась возможность рассмотреть послойное изображение тела человека без вмешательства скальпеля хирурга или эндоскопа. Сегодня метод КТ прочно занял свою нишу в диагностике самых разных болезней — прежде всего, онкологических заболеваний, болезней легких, костей, органов живота, внутреннего уха и т.д.

ПРИНЦИП РАБОТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ТОМОГРАФА

Данные, которые могут быть получены при компьютерной томографии, это:

• характеристики излучения, полученные на выходе рентгеновской трубки
• характеристики излучения, достигнувшего детектора
• месторасположение трубки и детектора в каждый момент времени.

Все остальные данные получаются посредством обработки полученной информации. Большая часть сечений при компьютерной томографии имеет ориентацию перпендикулярно по отношению к продольной оси тела.

Для получения среза трубка оборачивается вокруг пациента на 360 градусов, толщина среза при этом задается заранее. В обычном КТ-сканере трубка вращается постоянно, излучение расходится веерообразно. Рентгеновская трубка и принимающее устройство (детектор) спарены, их вращение вокруг сканируемой зоны происходит синхронно: рентгеновское излучение испускается и улавливается детекторами, расположенными на противоположной стороне, практически одновременно. Веерообразное расхождение происходит под углом от 40 до 60 градусов, в зависимости от конкретного аппарата.

Принцип действия компьютерного томографа : вокруг тела пациента вращается рентгеновская трубка. Расположенные на противоположной стороне детекторы улавливают рентгеновское излучение.

Одно изображение формируется обычно при повороте трубки на 360 градусов: измеряются коэффициенты ослабления излучения во множестве точек (современные аппараты имеют возможность собирать информацию с 1400 точек и больше).

МУЛЬТИСПИРАЛЬНАЯ (МНОГОСРЕЗОВАЯ) КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ — ЧТО ЭТО?

Наиболее современными являются томографы с множественными рядами детекторов: с трубкой спарен не один, а несколько рядов детекторов, что способствует укорочению времени исследования, повышает разрешающую способность, позволяет более четко визуализировать мелкие структуры (например, небольшие кровеносные сосуды). В зависимости от количества ряда детекторов компьютерные томографы бывают 16-, 32-, 64-, 128-срезовыми и т.д. Чем больше количество детекторов, тем быстрее можно получить качественные изображения органа.

ОТЛИЧИЕ СПИРАЛЬНОЙ И ОБЫЧНОЙ (ПОШАГОВОЙ) КТ

В чем отличие обычного компьютерного томографа от мультиспирального? При пошаговой (традиционной) томографии срезы получаются следующим образом: происходит один оборот (или несколько оборотов) трубки вокруг заданного участка тела, в результате чего формируется изображение одного среза определенной толщины; затем стол (и пациент) сдвигается в заданном направлении на определенное расстояние, величина которого выбирается заранее. Также выбирается величина, на которую срезы будут перекрывать друг друга — это необходимо, чтобы не упустить мелкие детали изображения. Исследование, таким образом, занимает несколько минут (в зависимости от размеров пациента), требует более точного расчета времени при введении контрастного средства.

В отличие от пошаговой томографии, при спиральной КТ получение данных происходит при продвижении пациента внутри аппарата постоянно, а трубка при этом совершает непрерывное движение по кругу. Скорость движения стола привязана ко времени, необходимому для одного оборота трубки, в результате чего получается массив данных, более пригодных для создания качественных реконструкций и коррекции неточностей изображений.

Устройство мультиспирального (многосрезового) компьютерного томографа: одновременно с движением пациента происходит вращение рентгеновской трубки, испускающей широкий пучок рентгеновских лучей. Траектория сканирования приобретает спиральную форму.

Спиральная компьютерная томография обладает следующими преимуществами перед пошаговой: возможность создания более качественных трехмерных и мультипланарных реконструкций; более высокая скорость проведения исследования; возможность выявления образований, размеры которых меньше толщины среза: если при пошаговой КТ, когда образование попадает между срезами, его не видно, то при спиральной визуализация возможна.

ВТОРОЕ МНЕНИЕ ПО КТ

Несмотря на высокую точность компьютерной томографии, иногда результаты диагностики могут быть неоднозначными или сомнительными. В таких случаях помогает пересмотр данных КТ опытным радиологом, который специализируется на определенном виде обследования. Такая высококвалифицированная и независимая расшифровка снимков КТ позволяет уточнить диагноз и предоставляет лечащему врачу точную информацию для выбора правильного лечения. Получить экспертную расшифровку результатов компьютерной томографии можно с помощью системы консультаций Национальной телерадиологической сети. Достаточно загрузить КТ-снимки с диска и получить точное заключение, составленное по наиболее современным стандартам.