Рентгеновская компьютерная томография

Рентгеновская компьютерная томография (РКТ) — это послойное рентгенологическое исследование объекта с помощью компьютерной реконструкции изображения, получаемого при круговом сканирова­нии объекта узким пучком рентгеновского излучения.

Основы метода были разработаны физиком Л. Кормаком (ЮЛР, Кейптаунская больница), который в 1963г. опубликовал статью о воз­можности компьютерной реконструкции изображения мозга. Через 7 лет этим вопросом серьезно занялась группа английских инженеров под руководством Г. Хаунсфилда, и уже в 1972г. впервые в клини­ческой практике была выполнена компьютерная томография (КТ) женщине с опухолью головного мозга. Именно возможность визуали­зации структуры головного мозга стала визитной карточкой метода, и расширение его диагностических возможностей произошло несколь­ко позднее. В 1979г. А. Кормаку и Г. Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия. 1.2.1. Физические основы методов и принципы

работы аппаратуры

Компьютерный томограф — это сложное устройство, требующее для своего размещения значительные площади и специальное обору­дование помещения. Принцип работы томографа заключается в том, что узкий пучок рентгеновского излучения сканирует человеческое тело по окружности, перпендикулярно длинной оси тела. Толщина пучка может меняться от 1 до 10 мм.

Проходя через ткани, излучение ослабляется соответственно плот­ности и атомному составу этих тканей. Проходящий через тело паци­ента пучок рентгеновских лучей фиксируется, в отличие от рутинной рентгенографии, не пленкой, а специальной системой детекторов (их количество может достигать нескольких тысяч), преобразующих энергию излучения и электрические сигналы. В качестве детекторов используются кристаллы йодида натрия или полые камеры, наполнен­ные сжатым ксеноном. Чувствительность детекторов компьютерного томографа в регистрации степени ослабления рентгеновского излу­чения в 100 раз превышает чувствительность рентгеновской пленки. Таким образом, получаемое при КТ изображение является не аналого­вым, как в случае с традиционной рентгенографией, а цифровым.

Вращаясь вокруг пациента, рентгеновский излучатель сканиру­ет его тело под разными углами, проходя в общей сложности 360*. К концу одного полного оборота в памяти компьютера оказываются, зафиксированными все сигналы от всех детекторов, на основании которых с помощью компьютерной обработки строится плоскостное изображение — срез. Учитывая, что срез имеет определенную толщи­ну, изображение, получаемое при КТ, состоит не из «квадратиков» — пикселов (единиц плоскостного изображения), а из вокселов — «куби­ков» (единиц объемного изображения).

Участки среза, сильно ослабляющие рентгеновское излучение, выглядят яркими, белыми или светлыми, а участки, пропускающие рентгеновские лучи, — черными или темными.

Стандартное программное обеспечение томографа позволяет не только получить тонкий срез исследуемой области, но и произ­вести масштабирование полученного изображения, выделить зоны интереса, провести измерение величии интересующих объектов. Принципиально важным является возможность получения точной количественной характеристики условной плотности тканей, измеря­емой в единицах Хаунсфилда. За нулевую отметку принята плотность воды. Плотность воздуха составляет —1000, плотность кости состав­ляет + 1000. Остальные ткани человеческого тела занимают промежу­точное положение, в большинстве случаев их плотность колеблется от 0 до 200—300 единиц по шкале Хаунсфилда. Естественно, весь диапазон плотностей одномоментно отобразить ни на пленке, ни на дисплее невозможно, поэтому во время исследования врач сам выби­рает ограниченный диапазон па шкале Хаунсфилда — «окно», вели­чина которого составляет несколько десятков единиц. Выбирается это «окно» в зависимости от планируемой зоны осмотра и предпола­гаемой патологии.

При проведении КТ не ограничиваются получением одного среза. Выполняется пошаговая серия срезов на расстоянии 3—10м друг от друга в зависимости от области предполагаемой патологии. Современные компьютерные томографы оснащены мощным про­граммным обеспечением и по совокупности полученных срезов могут воссоздать ЗД-реконструкцию выбранного объекта. Это существен­но облегчает работу врача по трактовке полученного изображения, особенно когда зона интереса имеет большую протяженность. Также ЗД-рекоиструкция объекта позволяет специалистам смежных специ­альностей (в первую очередь челюстно-лицевым хирургам) получить

представление о пространственном взаиморасположении исследуе­мых объектов.

Безусловно, проведение КТ, получение множества срезов требует определенного времени и техническое совершенствование аппаратов заключается втом числе и в стремлении уменьшить продолжительность исследования. Это позволяют делать так называемые мультислайсные томограммы, когда одномоментно получают несколько параллельных срезов — от 2 до 64, в зависимости от разновидности прибора.

Еще одной разновидностью КТ является СКТ, когда вращение системы трубка—детектор и перемещение тела пациента внутри этой системы происходит одновременно и непрерывно, в результате рен­тгеновский луч движется через тело пациента по спирали. Это поз­воляет значительно сократить время обследования, снизить лучевую нагрузку и получать более качественные реконструкции изображений как в различных плоскостях, так и в ЗД-варианте.

Основные термины, используемые при описании исследования:

—гиперденсный — участок, обладающий высокой способностью поглощать рентгеновские лучи, выглядит белым (светлым), например, кость, свежая кровь;

—гиподенсный — участок, свободно пропускающий рентгенов­ские лучи, выглядит темным (черным). Например, газ, ликвор, область отека;

— изоденсный — участок со средней способностью поглощать рентгеновские лучи. Например, мышечная ткань.

Преимущества КТ:

— позволяет визуализировать любые внутренние органы челове­ческого тела, оценивать кровоснабжение органов;

— отсутствие суперпозиционности;

— высокое контрастное разрешение;

— позволяет получать ЗД-изображении зоны интереса.

1.2.2. Область применении компьютерной томографии

При исследовании челюстно-лицевой области производят томо­граммы в аксиальной и коронарной (фронтальной) проекциях. На основании аксиальных томограмм при необходимости могут быть реконструированы сагиттальные срезы.

КТ расширяет диагностические возможности при травматических повреждениях, воспалительных и опухолевых заболеваниях различной природы, и в первую очередь средней зоны лица, в частности верхней челюсти. Метод разрешает диагностические затруднения при определе­нии распространенности процесса в основании черепа, крылонебную и подвисочные ямки, глазницу, клетки решетчатого лабиринта. При КТ' рентгеновскими лучами экспонируются только тонкие срезы ткани. Отсутствует мешающее наслоение или размазывание структур, распо­ложенных вне выбранных срезов. В результате разрешение по кон­трастности значительно превышает характеристики проэкционных рентгеновских технологий.

Противопоказания к проведению исследования:

- крайне тяжелое состояние пациента;

- беременность.

1.3. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ

Группы исследователей в Стендфордском и Гарвардском университетах независимо друг от друга открыли явление, которое было названо ядерно-магнитным резонансом (ЯMP). Суть его состояла в том, что ядра некоторых атомов, находясь в магнитном поле, под действием внешнего электромагнитного ноля способны поглощать энергию, а затем испускать ее в виде радиосигнала. За это открытие F. Blocli и П. Purccll в 1952г. были удостоены Нобелевской премии.

1.3.1. Физические основы метода и принципы работы аппаратуры

Основными компонентами магнитно-резонансного (MP) томографа являются сильный магнит, радиопередатчик, приемная радиочастотная катушка и компьютер. Внутренняя часть магнита часто сделана в форме туннеля, достаточно большого для размещения внутри него взрослого человека.

МРТ основана на способности ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи. Этим свойством обладают ядра, которые содержат нечетное количество нуклонов.

Современные MP-томографы «настроены» на ядра водорода, т.е. на протоны. Будучи помещенными в постоянное магнитное ноле, протоны «упорядочиваются», ориентируясь в зависимости от полярности магнита, когда же па них дополнительно воздейс­твуют переменным магнитным нолем, частота которого равна частоте перехода между энергетическими уровнями протонов, то они переходят в вышележащее но энергии квантовое состояние.

MP-томографы по мощности различаются в зависимости от напря­женности статического магнитного поля. Различают томографы с уль­траслабым магнитным полем — до 0, 02 тесла (Т), со слабым полем — 0, 1—0, 5 Т, средним полем — от 0, 5 до 1 Т, с сильным полем — свыше 1 Т. Аппараты с магнитным полем 0, 5 Т и выше требуют специальных условий функционирования, в частности охлаждения жидким гелием. Такие высокопольные магниты требуют особых условий размещения, для них требуются отдельные помещения, тщательно экранирован­ные от внешних магнитных и радиочастотных полей. Кабинет, в кото­ром размещается томограф, помещают в специальную металлическую клетку (клетка Фарадея), поверх которой уже наносится отделочный материал: стены, пол, потолок.

MP-характеристиками исследуемого объекта служат:

1) плотность протонов, которая зависит от их количества в исследу­емой среде. Больше всего протонов содержится в воде, составляющей
основу человеческого тела, поэтому протонную плотность иногда
называют плотностью по воде;

2) время Т, — спин-решетчатая (продольная) релаксация;

3) время Т₂ — спин-спиновая (поперечная) релаксация.

Времена Т1, и Т2 -, зависят от многих факторов (молекулярная струк­тура вещества, вязкость, температура и пр.).

На MP-томограммах отчетливо видны головной и спинной мозг, глазные яблоки, зрительные нервы, крупные и средние сосуды, полости и слизистые оболочки придаточных пазух, носа, носоглотки, мышцы, жировая клетчатка, суставы.

Основные термины, используемые при описании исследования: -гиперинтенсивный — сигнал от тканей с высокой протонной плотностью (жир, метгемоглобин, жидкость в Т₂-режиме), на экране выглядит светлым или белым;

- гипоинтенсивный — сигнал от тканей с низкой протонной плотностью (воздух, компактная кость, жидкость в Т1, -режиме), на экране выглядит темным или черным.

Преимущества МРТ:

- неинвазивность; отсутствие лучевой нагрузки;

- естественная контрастность от движущей крови;

- высокая дифференциация мягких тканей.

Ограничения:

- высокая стоимость;

- необходимость в течение относительно долгого времени (около 20—30 мин) лежать совершенно неподвижно, дети младшего возраста нуждаются в медикаментозной седации.

1.3.2. Область применения магнитно-резонансной томографии

Стандартное МР-исследование проводят с получением послойных срезов исследуемой области, при этом толщина среза в зависимости от области интереса и конкретной клинической задачи может колебаться от I до 5 мм. МР-томограф позволяет получить изображение тонких слоев человека в любом сечении — фронтальном, сагиттальном, аксиальном. Последующая компьютерная обработка позволяет получить срезы в различных плоскостях. После получения совокупности срезов специальная компьютерная обработка позволяет провести ЗД-реконструкцию исследованной области, выбрать по любой из анализируемых характеристик (протонной плотности, Т1, - или Т₂-парамстрам) интере­сующий объект и смоделировать его объемное изображение.

Особенно широко ЗД-реконструкция изображения используется в хирургии, в частности, в челюстно-лицевой хирургии, когда необходимо-

генными. Чем более светлым выглядит объект, тем выше его эхогенность — способность отражать УЗ-лучи.

Современные УЗ-аппараты могут регистрировать 512 (и даже 1024) оттенков серого цвета, что позволяет получить очень реалистичное изображение органов.

Итак, жидкость (кровь, моча, ликвор, желчь и др.) пропускает УЗ-волны, почти не искажая их, поэтому на экране УЗ-сканера области, заполненные жидкостью, выглядят черными.

Особой разновидностью УЗИ является допплеровское исследо­вание. Эффект Допплера заключается в изменении характеристик УЗ-волны при ее взаимодействии с движущимся объектом. При этом объект должен удаляться или приближаться к источнику излучения (в нашем случае — к датчику или от датчика). Если объект движется вдоль датчика, т. е. не приближается и не удаляется, то он остается «невидимым» для доплеровского исследования. Изменения харак­теристик УЗ-волн опять-таки преобразуются в электрический сигнал и в видеоизображение, при этом приближающийся к датчику объект окрашивается в красный цвет, удаляющийся — в синий.

Чаще всего допплеровские технологии используют для изучения движения крови в сосудах, в большинстве случаев движение «к дат­чику» соответствует движению крови в артериях, «от датчика» — в венах. Происходит привычное нам еще со времен изучения анатомии по атласам окрашивание артерий в красный цвет, вен — в синий. Однако необходимо подчеркнуть еще раз: красное и синее — это не артерии и вены, это «к датчику» и «отдатчика». Существует разно­видность допплеровского исследования, так называемый, энерге­тический режим, когда движущиеся объекты окрашиваются не в зависимости от направления потока, а только в зависимости от его энергии. Сосудистый рисунок при этом окрашивается одним цветом, дифференцировать артерии и вены по изображению невозможно, однако этот режим является более чувствительным для выявления низкоскоростных потоков.

Учитывая неидеальный характер кровотока в сосудах, реальная допплеровская кривая, характеризующая движение крови даже в прямом участке сосуда, имеет вид не одной линии, а полосы; шунтовые потоки могут иметь самый разнообразный неправильный характер. Также атипичного типа кривые могут быть получены, если в область поискового объема попадают несколько сосудов одновремен­но, например, идущие рядом артерия и вена.

Основные термины, используемые при описании исследования:

- эхонегативный (анэхогенный, гипоэхогенный) — участок, хорошо проводящий УЗ-волны, на экране монитора выглядят черными или темными. Например, любая жидкость — кровь, моча, выпот, отек;

- эхопозитивный (эхогенный, гиперэхогенный) — участок, обла­дающий высоким акустическим сопротивлением, на экране монитора выглядит светлым или белым. Например, конкре­мент;

- аккустическая тень — пространство позади гиперэхогенного объекта, в которое УЗ-лучи не проникают и оценить содержимое которого невозможно. На экране имеет вид черной полосы. Например, участок позади конкремента или внутренняя струк­тура кости позади кортикальной пластинки.

Ограничения методика:

- УЗ-волны не проходят через кость, следовательно, внутрикостные или прикрытые костями структуры эхографически визуа­лизировать невозможно;

- УЗ-волны не распространяются через газ, т. е. структуры, при­крытые газом (в верхнечелюстной пазухе), эхографически визу­ализировать невозможно.

УЗ-днагностический аппарат используют в стоматологической практике для диагностики заболеваний слюнных желез; оценки состояния лимфатических узлов; исследования мягких тканей лица и шеи; выявления аномалий сосудов, их атеро-венозных трансфор­маций, сужений и тромбозов, наличия атеросклеротических бляшек, нарушения кровотока.

3.3.ЛИТЕРАТУРА: