|
Н.Н. Блинов
Доктор технических наук, профессор, ГУН «ВНИИИМТ», г. Москва.
Важнейшим результатом работ творцов рентгеновской вычислительной томографии
явилось освоение необъятных возможностей современных ЭВМ в формировании и
обработке, прежде всего медицинских, изображений. Восстановление медицинских
изображений математическими методами возможно для всех существующих и всех
мыслимых в будущем методов лучевой диагностики в проникающем излучении.
Томографическое изображение обладает важнейшим отличием от обычного теневого,
определяющим его значение для медицинской диагностики: оно не содержит мешающих
теней. В сложнейших по структуре медицинских изображениях обилие наложенных друг
на друга теней различных органов ухудшает субъективное восприятие деталей малых
контрастов в несколько раз (т.н. краудинг-эффект). Возможности математического
восстановления и обработки данных позволяют поднять качество медицинского
изображения до предела, определяемого дозой и квантовыми флюктуациями излучения.
Рассмотрим достигнутый уровень в существующих методах компьютерной томографии
(КТ).
Рентгеновская КТ. За 30 лет развития KT было создано пять поколений
аппаратуры. В настоящее время на медицинских рынках мира присутствует последняя,
пятая модель спиральных мульти-детекторных систем. Предельные параметры
изображений, достигаемые в лучших системах: время ротации 0,3-0,5 сек.,
пространственное разрешение 1,5-2 п.л./мм, контрастная чувствительность
0,2-0,5%, 3D-реконструкция, виртуальная эндоскопия, субтракционная ангиография.
Использование мульти-детекторных систем регистрации, достигающих 64 и более
линеек, обеспечивает за один оборот получение 3D-изображения с объемным
разрешением деталей до 0,4 м.
Новыми параметрами, присущими спиральным КТ-системам, является так называемый
питч — количество срезов на один оборот излучателя, т.е. на один шаг
перемещения стола относительно гентри, и воксел — элементарный объем
3D-изображения.
В современном компьютерном томографе возможно реконструировать 3D-изображения с
воспроизводимыми на экране теневыми эффектами, определять формы объектов с
заданной интенсивностью и проводить четырехмерную ангиографию.
Для спирального сканирования пациента используется специальное программное
обеспечение, включающее в себя все виды спирального сканирования, регулируемый
шаг спирали (питч), наклон спирали, различные алгоритмы обработки.
Для исследования объемных изображений используется программа четырехмерной
ангиографии, обеспечивающая одновременный просмотр трехмерных изображений с
выделением четвертого измерения (толщины стенок сосудов, пустотелых органов,
костей). Существуют программы, обеспечивающие изучение четырехмерного
изображения, создавая возможность виртуального эндоскопического обследования
органов и сохраняя информацию о каждом слое этих органов.
Дополнительные возможности КТ обеспечиваются рабочей станцией, позволяющей
проводить совмещение изображений, полученных на компьютерном томографе,
магнитно-резонансном томографе и гамма-камере. Изображение может быть передано
на любую другую рабочую станцию (АРМ), использующую стандарт Dicom 3,0.
Возможно программное управление процессом введения контрастного вещества при
контрастных исследованиях. Это обеспечивает включение сканирования в момент
достижения пиковой фазы введения контрастного вещества, сокращает время
обследования пациентов и расход контрастного вещества. Дисплей трехмерной
визуализации теневых поверхностей отображает быструю реконструкцию трехмерного
изображения, включая вращение объемного изображения вокруг любой заданной оси.
Программа оценки и раннего обнаружения заболеваний коронарных артерий за счет
быстрого сканирования и применения техники позволяет избежать артефактов биения
сердца.
В России рентгеновские КТ не выпускаются, несмотря на многочисленные попытки их
создания.
Магнитно-резонансная КТ. Известны три типа МРТ: с резистивными (до 0,25
Тл), постоянными открытого типа (до 1,5 Тл) и сверхпроводящими с гелиевым
охлаждением (до 4,0 Тл) магнитами. Наиболее активно развиваются в настоящее
время системы с постоянными открытыми магнитами.
Предельные параметры изображения: пространственное разрешение 0,5-1 мм-1,
контрастная чувствительность по спиновой плотности 1,0-2,0%. Время получения
реконструкции — десятки секунд.
Активно развиваются методы контрастирования с помощью гадолиниевых контрастных
препаратов, МР-ангиография, менее чем в РКТ, употребима 3D-реконструкция.
Обеспечиваются возможности повышения качества изображения за счет
специализированных приемных катушек, создания специализированных МРТ-систем,
например, для исследования конечностей.
В России разработаны и выпускаются МРТ на резистивных и постоянных магнитах до
0,25 Тл тремя фирмами, наиболее успешной из которых является ЗАО НПФ «Аз».
Эмиссионная радиоизотопная томография (ЭРГ) развивается относительно РКТ
и МРТ более медленными темпами. Новых прорывов здесь не наблюдается. Имеет место
переход к цифровым методам представления изображений, замена ФЭУ по принципу
Анжера на твердотельные ПЗС-структуры с люминесцентными кристаллами.
Предельные параметры: разрешение 0,2 п.л./мм, толщина слоя - единицы см, время
одного оборота - десятки секунд. Главное достоинство ЭКГ состоит в возможности
исследования динамики органа: эвакуаторной, накопительной функции. В Российской
Федерации эмиссионные томографы не выпускаются.
Ультразвуковая (УЗ) томография. По принципам получения изображения
УЗ-диагностика может быть отнесена к традиционным реконструкционным методам
томографии. Изображение слоя достигается простой регистрацией временных
интервалов получения отраженных от объекта сигналов. Современные медицинские
УЗ-сканеры оснащаются сложными системами обработки изображений, все более
сближающими их с системами КТ. В последних моделях используется цветовое
картирование доплеровских изображений и получение 3D и 4D ангиографических
УЗ-изображений (четвертое измерение - время). В России организована сборка
нескольких моделей УЗ-сканеров из импортных комплектующих.
Помимо методов, уже применяемых в медицинской практике, интенсивно
разрабатываются и другие методы КТ.
Позитронно-электронная томография (ПЭТ) отличается от однофотонной
эмиссионной радиоизотопной томографии тем, что для ее реализации необходимы
химфармпрепараты, которые содержат радиоактивные изотопы, излучающие позитроны
или гамма-кванты с энергией гамма-излучения более 1024 кэВ. Взаимодействуя с
тканями организма, каждый первичный квант создает две частицы: электрон и
позитрон, что в дальнейшем приводит к одновременному образованию двух
гамма-квантов, вылетающих в противоположные стороны. Возникает возможность
вычислять точную координату их возникновения, т.е. строить изображение
математическими методами восстановления.
Получение радиоактивных препаратов для ПЭТ достаточно сложная задача. К
настоящему времени в клиниках мира функционируют сотни установок для
позитронно-электронной томографии. Изображения в позитронной томографии
сочетается с КТ- и МРТ-изображениями, создавая ряд принципиально новых
диагностических возможностей.
Появились первые экспериментальные образцы ультразвуковых компьютерных
томографов (УКТ). В этих приборах один или несколько ультразвуковых
датчиков, так же как и источник рентгеновского излучения при РКТ, вращаются
вокруг исследуемого объекта, посылая пакеты ультразвуковых импульсов и
регистрируя прошедший через объект сигнал.
Изображение в УКТ до сих пор не обеспечивает достаточно высокого качества, т.к.
представляет собой двухмерное распределение звукового сопротивления тканей
поперечного среза исследуемого объекта. Задача специалистов — создание своей
особой «энциклопедии», нового языка изображений, но уже ультразвуковых.
Известны публикации о лабораторных экспериментах с СВЧ-вычислительными
томографами. Пока это сложные устройства, работающие с генераторами на 1-5
ГГц. Для регистрации радиоволн, отражаемых объектом во все стороны, в
лабораторном макете, созданном американскими исследователями, используется 22000
дипольных антенн. Предполагается, что диагностическая ценность принципиально
новой информации о человеческом организме, добытая с помощью этого метода, с
лихвой перекроет стоимость его разработки.
Если проанализировать принципы регистрации разного рода сигналов, подаваемых
человеческим организмом, можно представить себе дальнейшие пути развития методов
компьютерной томографии. Например, при электрокардиографии, получив сигналы с
большого количества электродов, размещенных по периметру человеческого тела
вокруг сердца, возможно восстановить его «электрическое сечение» методами
компьютерной томографии, т.н. «картирование» сердца.
В последние годы появились сообщения о развитии метода диагностики, называемого
реографией, в основе которой — измерение электрического сопротивления участков
человеческого тела с помощью электродов, накладываемых на кожу. Метод позволяет
оценивать кровоток, снабжение кровью конечностей, строить срезы различных
участков тела методами математической реконструкции. Трудности примерно те же,
что и в электрокардиотомографии необходимость обеспечить направленность
электродов на определенный срез тела и учет «растекания» электрического тока,
проходящего между элементами. В случае реографии физическая модель, однако,
оказывается несколько проще, чем в электрокардиографии. Уже получены первые
очень грубые срезы, названные импедансными томограммами, а метод получил
название импедансной томографии.
Сравнительно недавно достигнуты успехи в диагностике патологий мозга с помощью
регистрации сверхслабых магнитных полей, возникающих в мозге при его
жизнедеятельности. С помощью сверхчувствительных датчиков, размещаемых вокруг
головы пациента, получают не только анатомическую, но и функциональную картину
деятельности мозга. Возбуждая различные зоны мозга звуковыми, зрительными,
лекарственными раздражителями, измеряют зоны нейронной активности.
Успехи магнитометрии связаны с появлением сверхпроводящих квантовых
интерференционных датчиков (СКВИДов), чувствительных к сверхслабым магнитным
полям. По внешнему виду СКВИД напоминает обычную микросхему. Поскольку действие
СКВИД основано на эффекте сверхпроводимости, при работе эти датчики помещают в
среду жидкого гелия. Открытия в области высокотемпературной сверхпроводимости
вселяют надежду, что в будущем можно будет обойтись без гелиевого охлаждения.
Если сконструировать шлем из СКВИДов с гелиевой подкладкой, создать многослойные
экраны, защищающие пациента от внешних, даже слабых магнитных полей, получить
срезы магнитной активности живого мозга, можно изучать функцию возбуждения и
торможения отдельных его областей. Кости черепа экранируют тепловые сигналы
мозга и препятствуют точной локализации сигнала при энцефалографии, но они
вполне проницаемы для магнитных полей.
Сочетание магнитометрии с компьютерными методами восстановления
изображений приведет к очередной революции в неврологии, психологии,
невропатологии. Появится возможность подойти и к разгадке человеческой памяти, и
к чуду восприятия изображений мозгом. Магнитометрия позволит диагностировать
шизофрению, эпилепсию, инсульт и коматозное состояние. До внедрения этих методов
в повседневную медицинскую практику еще далеко, но даже первые исследовательские
результаты обнадеживают.
Поскольку метод абсолютно безвреден, он будет применяться при ежегодных
диспансерных обследованиях для оценки сенсорного восприятия, кратковременной и
долговременной памяти, для определения профессиональной пригодности,
индивидуального планирования обучения.
В табл. 1 приведены возможные и существующие методы компьютерной томографии,
характеристики получаемых изображений и области применения.
В нескольких моделях хирургических рентгеновских аппаратов типа «С-дуга»
предусматривается моторный поворот системы «излучатель-детектор» и программы
КТ-восстановления поперечного среза. Фирмами «Сименс» и «Дженерал Электрик»
выпущены на медицинский рынок комплексы, объединяющие эмиссионный и
рентгеновский трансмиссионный томографы. Эти комплексы позволяют получать
одновременную информацию как об анатомическом строении (РКТ), так и
функциональном наведении органа (ОЭФКТ).
Таким образом, наибольших успехов медицинского применения КТ следует ожидать при
объединении различных видов КТ в единой системе исследований.
Таблица 1. Методы компьютерной томографии и их применение.
|
Воздействие и метод
|
|
|
|
|
|
|
© 2004 — 2019 medgate.ru, написать письмо
Методы компьютерной томографии в медицине / Радиология и рентгенология / Медицинские статьи
|
|
|
|
