Специфика и принцип работы КТ (компьютерного томографа). Что такое компьютерная томография, в каких случаях назначается и как проводится Показания и противопоказания к диагностике

Компьютерная томография - один из самых современных и информативных методов диагностики, получающий сейчас все более широкое распространение. Что же такое компьютерная томография?

Принципы компьютерной томографии

Принцип работы компьютерного томографа достаточно прост. Основывается он на использовании рентгеновских лучей (X-лучей). Проходя через тело человека, рентгеновские лучи поглощаются различными тканями в разной степени. Затем X-лучи попадают на специальную чувствительную матрицу, данные с которой считываются в компьютер. Ну а современные компьютеры позволяют обработать эту информацию как угодно: нарисовать четкую "картинку" исследуемого органа, построить различные таблицы и графики.

Казалось бы, отличие от обычной рентгенографии не такое уж большое - ведь и простой рентгеновский снимок можно обработать на компьютере. Но на самом деле это не так. На рентгеновском снимке мы видим лишь накладывающиеся друг на друга "тени" всех органов, через которые прошел рентгеновский луч. А компьютерный томограф позволяет получить четкое изображение определенного среза тела. Сделав же "фотографии" нескольких таких срезов с шагом, скажем, в 1 миллиметр, мы получим очень качественное объемное, трехмерное изображение, которое позволяет увидеть в подробностях топографию органов пациента, локализацию, протяженность и характер очагов заболеваний, их взаимосвязь с окружающими тканями. Кроме того, чувствительность компьютерных томографов на порядок выше, чем обычных рентгеновских аппаратов: на рентгеновском снимке можно достаточно четко различить ткани, отличающиеся по степени проглощения X-лучей на 10-20%, а у современных компьютерных томографов этот показатель составляет 1-2%.

Где применяется компьютерная томография

Компьютерная томография может применяться для диагностики очень широкого спектра заболеваний. Первой областью, где стали активно использоваться компьютерные томографы, стала неврология и нейрохирургия. Впервые врачи получили возможность заглянуть в головной мозг живого человека - ни УЗИ, ни обычная рентгенография такой возможности не дают.

Чуть позже компьютерные томографы стали использовать для диагностики заболеваний легких и органов брюшной полости. В настоящее время компьютерная томография широко применяется также для исследования мочеполовой сферы (почки, мочевой пузырь и мочеточники, яичники, простата), костей и суставов, позвоночного столба и спинного мозга.

Вредна ли компьютерная томография? Так как метод основан на использовании рентгеновских лучей, то понятно, что при исследовании пациент получает определенную дозу излучения. Но эта доза невелика, не больше, чем при рентгенографии небольших участков, например зубов или кисти.

А вот действительно серьезный недостаток метода компьютерной томографии - это его дороговизна. Стоимость компьютерных томографов такова, что до недавнего времени приобрести их не могли себе позволить даже многие областные клинические больницы. Сейчас ситуация несколько улучшилась, но говорить о доступности этого метода обследования для всех, кто в нем нуждается, еще очень и очень рано...

Читайте подробнее.

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

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

Компьютерный томограф

Компью́терная томогра́фия - метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, был предложен в 1972 году 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.

Появление компьютерных томографов

Первые математические алгоритмы для КТ были разработаны в 1917 году 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 проводить прижизненную диагностику заболеваний; возможность аппаратной реконструкции однократно полученных «сырых» КТ-данных 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.

С математической точки зрения построение изображения сводится к решению системы линейных уравнений . Так, например, для получения томограммы размером 200×200 пикселей система включает 40000 уравнений. Для решения подобных систем разработаны специализированные методы, ориентированные на параллельные вычисления .

Поколения компьютерных томографов: от первого до четвёртого

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 обрабатывался около 4 минут.

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

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

4-е поколение имеет 1088 люминесцентных датчиков, расположенных по всему кольцу гентри . 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.

Спиральная компьютерная томография

Спиральная КТ используется в клинической практике с 1988 года , когда компания Siemens Medical Solutions представила первый спиральный компьютерный томограф. Спиральное сканирование заключается в одновременном выполнении двух действий: непрерывного вращения источника - рентгеновской трубки , генерирующей излучение, вокруг тела пациента , и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования z через апертуру гентри. В этом случае траектория движения рентгеновской трубки, относительно оси z - направления движения стола с телом пациента, примет форму спирали.

В отличие от последовательной КТ скорость движения стола с телом пациента может принимать произвольные значения, определяемые целями исследования. Чем выше скорость движения стола, тем больше протяженность области сканирования. Важно то, что длина пути стола за один оборот рентгеновской трубки может быть в 1,5–2 раза больше толщины томографического слоя без ухудшения пространственного разрешения изображения.

Технология спирального сканирования позволила значительно сократить время, затрачиваемое на КТ-исследование и существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациента.

Многослойная компьютерная томография (МСКТ)

Многослойная («мультиспиральная») компьютерная томография с внутривенным контрастным усилением и трёхмерной реконструкцией изображения.

Многослойная («мультиспиральная», «мультисрезовая» компьютерная томография - МСКТ) была впервые представлена компанией Elscint Co. в 1992 году . Принципиальное отличие мсКТ томографов от спиральных томографов предыдущих поколений в том, что по окружности гентри расположены не один, а два и более ряда детекторов. Для того, чтобы рентгеновское излучение могло одновременно приниматься детекторами, расположенными на разных рядах, была разработана новая - объёмная геометрическая форма пучка. В 1992 году появились первые двухсрезовые (двухспиральные) МСКТ томографы с двумя рядами детекторов, а в 1998 году - четырёхсрезовые (четырёхспиральные), с четырьмя рядами детекторов соответственно. Кроме вышеотмеченных особенностей, было увеличено количество оборотов рентгеновской трубки с одного до двух в секунду. Таким образом, четырёхспиральные мсКТ томографы пятого поколения на сегодняшний день в восемь раз быстрее, чем обычные спиральные КТ томографы четвертого поколения. В -2005 годах были представлены 32-, 64- и 128-срезовые МСКТ томографы, в том числе - с двумя рентгеновскими трубками. Сегодня же в некоторых клиниках уже имеются 320-срезовые компьютерные томографы. Эти томографы, впервые представленные в 2007 году компанией Toshiba, являются новым витком эволюции рентгеновской компьютерной томографии. Они позволяют не только получать изображения, но и дают возможность наблюдать почти что «в реальном» времени физиологические процессы, происходящие в головном мозге и в сердце ! Особенностью подобной системы является возможность сканирования целого органа (сердце, суставы, головной мозг и т.д.) за один оборот рентгеновской трубки, что значительно сокращает время обследования, а также возможность сканировать сердце даже у пациентов, страдающих аритмиями. Несколько 320-срезовых сканеров уже установлены и функционируют в России.

Преимущества МСКТ перед обычной спиральной КТ

улучшение временного разрешения
улучшение пространственного разрешения вдоль продольной оси z
увеличение скорости сканирования
улучшение контрастного разрешения
увеличение отношения сигнал/шум
эффективное использование рентгеновской трубки
большая зона анатомического покрытия
уменьшение лучевой нагрузки на пациента

Все эти факторы значительно повышают скорость и информативность исследований.

Основным недостатком метода остается высокая лучевая нагрузка на пациента, несмотря на то, что за время существования КТ её удалось значительно снизить.

Улучшение временного разрешения достигается за счёт уменьшения времени исследования и количества артефактов из-за непроизвольного движения внутренних органов и пульсации крупных сосудов .

Улучшение пространственного разрешения вдоль продольной оси z, связано с использованием тонких (1–1,5 мм) срезов и очень тонких, субмиллиметровых (0,5 мм) срезов. Чтобы реализовать эту возможность, разработаны два типа расположения массива детекторов в МСК томографах:
- матричные детекторы (matrix detectors), имеющие одинаковую ширину вдоль продольной оси z;
- адаптивные детекторы (adaptive detectors), имеющие неодинаковую ширину вдоль продольной оси z.

Преимущество матричного массива детекторов заключается в том, что количество детекторов в ряду можно легко увеличить для получения большего количества срезов за один оборот рентгеновской трубки. Так как в адаптивном массиве детекторов меньше количество самих элементов, то меньше и число зазоров между ними, что дает снижение лучевой нагрузки на пациента и уменьшение электронного шума. Поэтому три из четырёх мировых производителей МСК томографов выбрали именно этот тип.

Все вышеотмеченные нововведения не только повышают пространственное разрешение, но благодаря специально разработанным алгоритмам реконструкции позволяют значительно уменьшить количество и размеры артефактов (посторонних элементов) КТ-изображений. Основным преимуществом МСКТ по сравнению с односрезовой СКТ является возможность получения изотропного изображения при сканировании с субмиллиметровой толщиной среза (0,5 мм). Изотропное изображение возможно получить, если грани вокселя матрицы изображения равны, то есть воксель принимает форму куба . В этом случае пространственное разрешение в поперечной плоскости x-y и вдоль продольной оси z становится одинаковым.

Увеличение скорости сканирования достигается уменьшением времени оборота рентгеновской трубки, по сравнению с обычной спиральной КТ, в два раза - до 0,45–0,50 с.

Улучшение контрастного разрешения достигается вследствие увеличения дозы и скорости введения контрастных средств при проведении ангиографии или стандартных КТ-исследований, требующих контрастного усиления. Различие между артериальной и венозной фазой введения контрастного средства прослеживается более чётко.

Увеличение отношения сигнал/шум достигнуто благодаря конструктивным особенностям исполнения новых детекторов и используемых при этом материалов; улучшения качества исполнения электронных компонентов и плат ; увеличению тока накала рентгеновской трубки до 400 мА при стандартных исследованиях или исследованиях тучных пациентов.

Эффективное использование рентгеновской трубки достигается за счёт меньшего времени работы трубки при стандартном исследовании. Конструкция рентгеновских трубок претерпела изменения для обеспечения лучшей устойчивости при больших центробежных силах, возникающих при вращении за время, равное или менее 0,5 с. Использование генераторов большей мощности (до 100 кВт), конструктивные особенности исполнения рентгеновских трубок, лучшее охлаждение анода и повышение его теплоёмкости до 8 000 000 единиц также позволяют продлить срок службы трубок.

Зона анатомического покрытия увеличена благодаря одновременной реконструкции нескольких срезов полученных за время одного оборота рентгеновской трубки. Для МСКТ установки зона анатомического покрытия зависит от количества каналов данных, шага спирали, толщины томографического слоя, времени сканирования и времени вращения рентгеновской трубки. Зона анатомического покрытия может быть в несколько раз больше за одно и то же время сканирования по сравнению с обычным спиральным компьютерным томографом.

Лучевая нагрузка при многослойном спиральном КТ-исследовании при сопоставимых объёмах диагностической информации меньше на 30 % по сравнению с обычным спиральным КТ-исследованием. Для этого улучшается фильтрация спектра рентгеновского излучения и производится оптимизация массива детекторов. Разработаны алгоритмы , позволяющие в реальном масштабе времени автоматически уменьшать ток и напряжение на рентгеновской трубке в зависимости от исследуемого органа , размеров и возраста каждого пациента.

Компьютерная томография с двумя источниками излучения

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

Контрастное усиление

Для улучшения дифференцировки органов друг от друга, а также нормальных и патологических структур, используются различные методики контрастного усиления (чаще всего, с применением йодсодержащих контрастных препаратов).

В свою очередь, внутривенное контрастирование можно проводить двумя способами: «ручное» внутривенное контрастирование и болюсное контрастирование .

При первом способе контраст вводится вручную рентгенлаборантом или процедурной медсестрой, время и скорость введения не регулируются, исследование начинается после введения контрастного вещества. Этот способ применяется на «медленных» аппаратах первых поколений, при МСКТ «ручное» введение контрастного препарата уже не соответствует значительно возросшим возможностям метода.

При болюсном контрастном усилении контрастный препарат вводится внутривенно шприцем-инжектором с установленными скоростью и временем подачи вещества. Цель болюсного контрастного усиления - разграничение фаз контрастирования. Время сканирования различается на разных аппаратах, при разных скоростях введения контрастного препарата и у разных пациентов; в среднем при скорости введения препарата 4–5 мл/сек сканирование начинается примерно через 20–30 секунд после начала введения инжектором контраста, при этом визуализируется наполнение артерий (артериальная фаза контрастирования). Через 40–60 секунд аппарат повторно сканирует эту же зону для выделения портально-венозной фазы, в которую визуализируется контрастирование вен. Также выделяют отсроченную фазу (180 секунд после начала введения), при которой наблюдается выведение контрастного препарата через мочевыделительную систему.

КТ-ангиография

КТ-ангиография позволяет получить послойную серию изображений кровеносных сосудов; на основе полученных данных посредством компьютерной постобработки с 3D-реконструкцией строится трёхмерная модель кровеносной системы.

Спиральная КТ-ангиография - одно из последних достижений рентгеновской компьютерной томографии. Исследование проводится в амбулаторных условиях. В локтевую вену вводится йодсодержащий контрастный препарат в объеме ~100 мл. В момент введения контрастного вещества делают серию сканирований исследуемого участка.

КТ-перфузия

Метод, позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма, в частности.

Метод компьютерной томографии позволяет послойно исследовать ткани и органы человеческого организма без повреждения целостности кожных покровов. Сравнивая его с другими видами обследований, нужно отметить безболезненность и высокую достоверность полученных данных, которыми может оперировать в дальнейшем специалист.

Что за процедура КТ (компьютерная томография)

Обследование с помощью компьютерной томографии заключается в пропускании рентгеновских лучей сквозь ткани. Лучи фиксируются сверхчувствительными датчиками, затем программное обеспечение переводит полученные данные КТ-исследования в цифровой формат и обеспечивает дальнейшую расшифровку и обработку.

Современный томограф – сложноустроенный комплекс, сочетающий механические детали и компьютерную часть.

Томограмма – результат обработки нескольких сканирований одного и того же участка тела, выполненных под различными углами. Длительность воздействия рентгеновских лучей на один участок не должна превышать 3 секунд.

Детекторы, фиксирующие излучение, постоянно обновляются и совершенствуются с целью получения точной картинки за наименьший промежуток воздействия.

Возможности современного оборудования позволяют получить предельно четкое графическое изображение, увеличить его при необходимости для детального изучения. Анализ КТ проводит специалист.

Виды компьютерной томографии

Спиральная томография – что это?

Во время проведения спиральной КТ одновременно совершают вращательные движения два предмета: трубка, генерирующая рентгеновские лучи, и стол, на котором лежит пациент.

Таким образом, траектория лучей имеет форму спирали – отсюда название метода. Скорость поступательного движения стола может меняться в зависимости от поставленной задачи.

Что показывает мультисрезовая (многослойная) КТ?

В отличие от спиральной, при мультисрезовой КТ датчики, принимающие рентгеновское излучение, располагаются в несколько рядов. Объемный пучок позволяет получать с помощью современных томографов 3D-изображение и контролировать процессы, протекающие в органах, в реальном времени.

Один оборот рентгеновской трубки позволяет исследовать мозг или сердце целиком, значительно снижая дозу облучения и количество времени, необходимого для проведения процедуры.

Время для сканирования (а, значит, и дозу облучения) позволяет уменьшить одновременное использование двух источников лучей. Каждая из трубок работает независимо от другой. Этот способ наиболее благоприятен для изучения сердца.

Диагностика с контрастным усилением

Контрастное вещество, содержащее йод, используется при проведении компьютерной томографии для разделения органов, расположенных очень близко друг к другу и дифференциации здоровых и патологических тканей.

Для обследования полых органов ЖКТ контрастное вещество принимают перорально, в остальных случаях – вводят внутривенно:

с помощью шприца, если не важна скорость подачи вещества;
болюсно, аппаратным методом, если необходимо контролировать скорость и интенсивность поступления контрагента.

Кому показана КТ

В качестве исследования, входящего в комплекс мер для установления причины недомогания, КТ применяют при травмах и ушибах головы, помутнении сознания (без обморочных состояний), мигренях, а так же для обследования легких при подозрении на онкологию.

При угрозе жизни компьютерная томограмма позволяет диагностировать целостность кровеносных сосудов, инсультное состояние, обследовать пациента при тяжелых травмах, возможных патологиях внутренних органов.

Применяется КТ в ходе лечения для контроля происходящих процессов и при плановых обследованиях.

Для забора цитологии или гистологи томограмма может использоваться в качестве дополнительного метода.

Противопоказания

Метод имеет ряд противопоказаний:

Избыточная масса тела, размеры тела, не позволяющие использовать томограф.
Беременность.
Аллергия на контрастное вещество (при контрастном методе).
Почечная недостаточность.
Эндокринные нарушения ( , заболевания ).
Патологии костного мозга.

Подготовка к компьютерной томографии

В большинстве случаев никакой специальной подготовки для проведения томографии не требуется (речь идет о спиральной и многослойной КТ).

Для использования контрастного метода при исследовании органов брюшной полости и малого таза, почек, необходимо принять накануне раствор урографина. Точные рекомендации можно получить на консультации у специалиста.

В каких случаях назначают и что показывает КТ

В результате обследования врач видит наличие патологических процессов, очагов воспаления, образование опухолей, кист, уплотнений, изменение формы и структуры тканей.

КТ головного мозга

КТ головного мозга точно указывает наличие и местоположение инородных структур, новообразований, в том числе, злокачественных, повреждений кровеносных сосудов и кровоизлияний.

С помощью графического изображения врач определяет уплотнение структуры тканей или снижение их плотности. Новообразования, кисты, тромбы, бляшки определяют с помощью контрастного вещества.

КТ головного мозга назначают при наличии симптомов нарушения мозговой деятельности – ухудшении внимания и памяти, неврологических нарушениях, повышенном ВЧД, травмах головы, навязчивых .

КТ легких и грудной клетки

При заболевании легких – туберкулезная инфекция, пневмония, злокачественные новообразования становятся показанием для назначения КТ легких. Ее проводят в двух режимах:

Исследуют строение, состояние и положение легких, бронхов, дыхательных путей, сосудов;
Помимо легких, в поле зрения попадают сердце, кровеносные сосуды (аорта, верхняя полая вена, легочная артерия), лимфатические грудные узлы.

Развернутым вариантом обследования легких становится КТ грудной клетки .

Трехмерное графическое изображение позволяет на ранних стадиях диагностировать:

новообразования,
метастазы в грудной клетке,
определить локализацию туберкулезных очагов,
дифференцировать аневризму и убедиться в целостности сосудов,
следить за результативностью назначенного лечения в ходе длительной терапии тяжелых заболеваний.

КТ носа и носовых пазух

Перед проведением ринопластики и после полученных серьезных травм носа необходима КТ носа и носовых пазух . С ее помощью исключается возможность наличия очагов воспаления в придаточных пазухах.

КТ спины, почек

Наличие опухолей, конкрементов, врожденных патологий развития почек, кист определяет КТ. Ее назначают при получении травм спины и почек.

КТ челюстей и зубов

Накануне серьезных вмешательств, операций на зубах делают КТ зубов и челюсти . С ее помощью врач оценивает состояние здоровья ротовой полости, локализацию очагов воспаления, состояние костной ткани.

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.

Важно! Вследствие относительно большого количества излучения, получаемого во время КТ, исследование назначают, в случаях, недостаточной информативности не лучевых методов диагностики.

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.

Важно! Одной из основных целей совершенствования КТ, является не только улучшение качества получаемой информации, но и сокращение времени проведения процедуры, что позволяет существенно снизить объем лучевой нагрузки на пациента.

Виды томографии

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.

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%.

Важно! Незначительная доза облучения при проведении КЛКТ, позволяет использовать его при обследовании детей.

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);

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.

Важно! Основным преимуществом МРТ перед КТ, является отсутствие негативного влияния ионизирующего излучения.

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.

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.

Важно! Скорость болюсного введения препарата полностью соответствует режиму работы современного томографа, поэтому получить аналогичный результат с помощью ручного практически невозможно.

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.

Важно! Проведение КТ не требует от пациента специальной подготовки, за исключением необходимости проведения исследования желудочно-кишечного тракта. В этом случае на процедуру следует приходить натощак, ограничив накануне потребление продуктов, стимулирующих газообразование в кишечнике.

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.