Возможности и принципы компьютерной томографии

 

 

За работы в области реконструктивной томографии Алану Кормаку и Годрфи Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1979 год. А.Кормак провёл теоретические исследования, а Г.Хаунсфилд в 1972 году изготовил первый комплекс из рентгеновского томографа и компьютерной системы восстановления изображений. Теперь компьютерные томографы имеются в любой крупной клинике и больнице. Почему они получили столь широкое распространение?

Реконструктивная томография оказалась очень мощным средством при постановке диагноза. В рентгеновской компьютерной томографии (КТ) производится большое количество измерений, каждое из которых соответствует определённому взаимному положению источника и детектора рентгеновского излучения. Источник и детектор находятся в плоскости сечения, изображение которого требуется получить. Для каждой комбинации положений «источник – детектор» выполняют два измерения: калибровочное и рабочее. Во время рабочих измерений пациента помещают в поле реконструкции, и с помощью компьютера вычисляют послойные изображения той или иной области. Разумеется, шаг и толщину таких поперечных срезов можно варьировать.

Важно отметить, что получаемые изображения имеют очень высокую степень разрешения, что позволяет дифференцировать ткани с минимальными структурными различиями. При этом изображения весьма похожи на привычные для клинициста срезы, которые имеются в анатомических атласах. Ничего подобного другие диагностические исследования не дают. Каким ещё методом можно виртуально разрезать человека поперёк и посмотреть что там внутри?

При КТ чаще всего исследуются голова и шея, а также грудная и брюшная полости. Наибольшее значение КТ имеет в травматологии, когда необходимо определить наличие тех или иных повреждений, в нейрохирургии и при исследовании сосудов.  В онкологии КТ используется для определения степени распространённости опухолевого процесса и при планировании лучевой терапии.

Стоит также отметить, что уровни облучения при КТ в большинстве случаев ниже, чем при исследовании на обычном рентгенодиагностическом аппарате. А изображение в поперечной плоскости, недоступное при стандартной рентгенодиагностике, часто является крайне необходимым для постановки точного диагноза.

Само же исследование происходит следующим образом: пациент лежит на столе, который медленно перемещается внутри вращающегося кольца. На  кольце с одной стороны находится рентгеновская трубка, а с другой – матрица  детекторов ионизирующего излучения. После полного оборота рентгеновского излучателя и детекторов вокруг стола на экране компьютера появляется срез исследуемого органа. Информация об органе собирается срез за срезом. Как правило, исследование длится не более одного часа, а для некоторых областей, например для головы, занимает всего несколько минут.

 

 

         Следует упомянуть и о другом виде компьютерной томографии – о диагностических исследованиях с использованием эффекта магнитного резонанса (МР-томография). Клинический опыт свидетельствует о высоком разрешении и контрастности получаемых послойных изображений органов и тканей. Фактически удаётся формировать изображения, равные по качеству фотографиям анатомических срезов.

         К тому же в компьютерных томографах на основе эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР) нет источников ионизирующего излучения, и поэтому диагностические исследования на МР-томографах практически полностью безопасны для пациентов.

Эффект ЯМР был открыт в 1946 году научными группами в Стэндфордском и Гарвардском университетах. Его первооткрыватели – Ф.Блох (F.Bloch) и Э.М.Парселл (E.M.Purcell) – получили Нобелевскую премию по физике за 1952 году. Они установили, что ядра некоторых атомов при помещении их в магнитное поле поглощают энергию электромагнитного импульса, а по окончании импульса излучают её в виде радиосигнала. Для возникновения такого ядерного резонанса индукция магнитного поля и частота электромагнитного импульса должны определённым образом соответствовать друг  другу. 

Для медицинских целей эффект ЯМР используется с начала 80-х годов прошлого века. Первые МР-томографы были показаны на конгрессе радиологов в Париже в 1982 году.

В основе МР-томографии лежит принцип магнитного резонанса ядер водорода. Поскольку вода содержится в органах и тканях человека в значительном количестве, то, соответственно, водород – наиболее широко распространенный элемент в организме человека.

Диагностическое исследование происходит следующим образом. Пациента помещают в сильное статическое магнитное поле МР-томографа, после чего ядра атомов водорода в теле человека (которые представляют собой маленькие магнитики) ориентируются по направлению поля. Исследуемую область выбирают, добавляя слабое переменное магнитное поле с помощью так называемых градиентных катушек. Затем томограф посылает электромагнитный сигнал (радиоволну); делается это с помощью излучателя радиочастотных импульсов. Атомы водорода возбуждаются и генерируют ответный сигнал, который улавливается приёмными радиочастотными катушками-детекторами томографа. Разные виды тканей (кости, мышцы, и т.п.) содержат разное количество атомов водорода,  поэтому они генерируют сигналы с различными характеристиками. После дешифровки сигналов выстраивается (по определённой методике) изображение соответствующего слоя.

МР-томография начиналась как метод, дающий изображение тонких поперечных срезов тела человека. С развитием программного обеспечения от послойных изображений перешли (также как и в рентгеновской компьютерной томографии) к объёмным.  Сейчас этот метод   особенно эффективен при исследовании динамических процессов (например, состояния кровотока) в органах и тканях.

 

В заключение скажу, что МР-томограф по своему внешнему виду похож на  рентгеновский компьютерный томограф; не специалист вряд ли их различит.

 

В процессе исследования стол с пациентом постепенно продвигается внутрь сканера, выполненного в форме кольца (гентри). При сканировании пациент находится в туннеле томографа, где достаточно светло и имеется вентилятор, обеспечивающий приток свежего воздуха. Необходимо, чтобы пациент не шевелился, поскольку даже небольшие смещения могут существенно снизить качество получаемых изображений. Длительность диагностического исследования –  от 30 минут до одного часа.

 

 

Андрей Гусев, 2008 г.

nmgazette@mail.ru