Организация, технология и методы рентгеновской компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии

 Целью выполнения настоящего задания является изучение принципов рентгеновской компьютерной томографии (РКТ) и показаний к использованию этого метода.

Внедрение в клиническую практику РКТ оказало существенное влияние на многие вопросы лучевой диагностики, поскольку в настоящее время этот метод используется практически для исследования практически всех органов и систем.

Впервые идея, послужившая основой для разработки компьютерной томографии, была высказана еще в конце 50-х годов XX в. Ее практическая реализация завершилась в 1972 году, когда появился первый компьютерный томограф. В дальнейшем метод получил бурное развитие и из, первоначально рассчитанного только на исследование головного мозга, стал широко применяться для изучения органов грудной клетки, костно-суставной системы, органов брюшной полости, забрюшинного пространства, органов таза и других.

 В компьютерных томографах рентгеновская трубка, связанная с системой детекторов, вращается в аксиальной плоскости вокруг тела пациента (Рис.1). Испускаемый трубкой рентгеновский пучок шириной в 1-10 мм, проходя через исследуемый слой, ослабляется в зависимости от плотности в разной степени для каждой точки. Пропускаемый через пациента пучок рентгеновских лучей фиксируется системой специальных детекторов, которые примерно в 100 раз чувствительнее рентгеновской пленки. В качестве детекторов используются либо кристаллы различных химических соединений (например, йодид натрия), либо полые камеры, наполненные сжатым ксеноном.

Рентгеновские фотоны генерируют в детекторах электрические сигналы, величина которых зависит от интенсивности достигшего детектора первичного луча. Затем электрические сигналы поступают в систему сбора данных компьютерного томографа, где обрабатываются процессором, и с помощью специальных математических алгоритмов создается изображение в аксиальной плоскости, которое воспроизводится на экране монитора. В последующем полученные изображения можно реконструировать в сагиттальной и фронтальной проекциях (мультипланарная реконструкция).

В течение многих лет технические разработки в области КТ менялись, и существует уже несколько поколений компьютерных томографов. В конце 80-х гг. была разработана новая модификация томографирования, названная спиральной КТ, при которой в процессе исследования с одновременным постоянным вращением системы “трубка - детекторы" постоянно и линейно движется стол, т.е. имеется спиралевидное движение веерообразного луча через тело пациента (Рис. 2).

Спиральная КТ дает возможность исследовать анатомическую область за один период задержки дыхания, а толщина реконструируемого среза не связана с первично заданной шириной томограммы. Получение тонких соприкасающихся срезов (плотно расположенных по спирали) позволяет создавать трехмерные реконструкции. В комбинации с внутривенным контрастированием и субтракционной обработкой данных можно создавать КТ-ангиограммы, воспроизводящие изображения крупных сосудов.

В последние годы стала использоваться мультиспиральная (мультисрезовая) КТ, в основу которой положены принципы получения изображений как при спиральной КТ, но за счет многорядных детекторов за полный оборот системы "трубка-детекторы" можно воспроизводить более одного среза (в настоящий момент от 2 до 64 изображений), что значительно увеличивает скорость исследования. В связи с этим возможно проведение исследований сердца, обследование большой анатомической области, например легких, тонкими срезами на одной задержке дыхания, существенное улучшение качества мультипланарных и трехмерных реконструкций.

Исследование проводится следующим образом:

Вначале для планирования томографирования выполняется продольное проекционное изображение ("топограмма", "scout-view") анатомической области. Топограмму получают путем перемещения стола с находящимся на нем пациентом через пучок лучей без вращения трубки или детекторов.

Далее выполняется томографирование. При этом трубка испускает тонкий веерообразный пучок рентгеновских лучей, а стол с пациентом остается неподвижным. Толщина томограмм (срезов) зависит от степени коллимации рентгеновского пучка, например от 1 до 10 мм. После сбора информации стол передвигается на заданное расстояние и выполняется следующая томограмма (шаговый режим КТ). При спиральном режиме сканирования стол (ложемент) двигается через апертуру гентрии при одновременном постоянном вращении рентгеновской трубки.

Исследуемый срез ткани можно представить разделенным на набор равных по объему элементов, так называемых вокселей.

Для расчета поглощения рентгеновских лучей каждым вокселем необходимо измерить в нескольких проекциях регистрируемое отдельным детектором ослабление. Это достигается одновременным вращением рентгеновской трубки и массива детекторов в плоскости среза.

В изображении среза ткани (томограмме) каждый воксель представляется плоскостным элементом (пикселем), а размер и расположение пикселя определяются размером и расположением воксела в плоскости сканирования. В изображении на мониторе каждому пикселю соответствует определенный оттенок серой шкалы или яркости в зависимости от ослабления в вокселе, при этом кость выглядит светлой, а жировая ткань - относительно темной.

При томографировании тела пациента создается карта рентгеновских коэффициентов поглощения, которые выражаются в единицах Houndsfield (HU), названных так по имени изобретателя метода, где 0 HU соответствует уровню поглощения дистиллированной воды, а минус 1000 HU - сухого воздуха. Коэффициент поглощения костной ткани - плюс 800-1000 HU. Эти коэффициенты называются денситометрическими показателями, с помощью которых определяют плотность тканей в любой точке измеряемого слоя.

Денситометрические показатели вычисляются как результат общего поглощения рентгеновских лучей в объемном элементе (вокселе) среза РКТ и являются суммой всех содержащихся в нем коэффициентов поглощения различных тканей в области измерения. Измерение плотностных показателей влияет на диагностику заболеваний.

В связи с тем, что контрастность при КТ обусловлена, главным образом, различиями в тканевых коэффициентах поглощения (плотности), для увеличения градиента денситометрических показателей в диагностических целях применяют методику внутривенного усиления. Для этого используются водорастворимые йодосодержащие контрастные препараты, которые вводятся внутривенно струйно шприцем или болюсно (с высокой скоростью и практически одномоментно) с помощью автоматического инъектора. Методика внутривенного усиления позволяет с большей точностью определять и дифференцировать объемные образования.

Принципиальная сущность изображения, полученного при РКТ, как уже было отмечено, заключается в определении неодинаковой плотности различных тканей человеческого тела. Таким образом, при исследовании любого органа или ткани патологические изменения в них могут проявляться либо участками повышенной плотности (опухоль, кальцинаты), либо зонами пониженной плотности (кисты, деструкция), либо чередованием участков низкой и высокой плотности.

Некоторые заболевания могут сопровождаться также увеличением органа, его деформацией, смещением прилегающих структур, сужением или расширением тех или иных естественных протоков.

На втором этапе выполнения этого задания вам предстоит с помощью методического пособия познакомиться с примерами диагностических изображений полученных при РКТ. При анализе изображений определите известные вам анатомические особенности исследуемого органа.

Пояснения к набору рентгеновских компьютерных томограмм

1. Компьютерная томограмма головы в режиме головного мозга в норме. Определяется структура головного мозга: серое и белое вещество, мозговые извилины, субдуральное пространство, желудочки головного мозга. Кости свода черепа в этом режиме отображения не получают.

2. 3D реконструкция при мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии - изображение черепа и верхних отделов позвоночного столба в норме. Отмечаются  

известные вам кости мозгового и лицевого черепа, тела шейных позвонков, подъязычная кость.

3. Компьютерная томограмма органов грудной клетки в норме в легочном режиме на уровне бифуркации трахеи. Определяется структура легочной ткани, легочные сосуды, корни легких, бифуркация трахеи и правый главный бронх.

4. Реконструкция легких в норме при мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии в виде продольного фронтального среза. Отмечается состояние воздушности легких, их размеры, форма, структура. Отображаются листки междолевой плевры, нижние отделы трахеи, корни легких.

5. Компьютерная томограмма органов грудной клетки в средостенном режиме. Отмечаются различные отделы сердца, крупные сосуды средостения.  

6. 3D- реконструкция при мультиспиральной рентгеновской компьютерной  томографии – изображение сердца в норме – оценка размеров, формы сердца структуры стенки. Определяются правая и левая коронарные артерии.

7. Компьютерная томограмма органов брюшной полости. На поперченном срезе, проходящем через средние отделы брюшной полсти, определяются печень, почки,  поджелудочная железа, кишечник, брюшная аорта.

8. Реконструкция изображения органов брюшной полости при мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии при болюсном усилении. Определяются размеры, форма и плотностная структура печени, желчный пузырь, верхняя  брызжеечная артерия, петли тонкой кишки.

9. Компьютерная томограмма органов брюшной полости в норме после внутривенного контрастного усиления. Отображаются более плотные за счет кровонаполнения с контрастным веществом почки, печень, аорта. Сравните это изображение с рис. 7, отметьте различия.

10. Реконструкция при мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии

почек в норме после внутривенного контрастного усиления. Определяются

размеры, форма почек, их структура – кортикальная и губчатая ткань, чашечно-

лоханочные комплексы, структура забрюшинного пространства.

11. Компьютерная томограмма поясничного позвонка при воспалительном. Заболеваний костной ткани «остеоид-остеома». В области основания дужки слева – патологические изменения в виде участка костной деструкции с наличием костного секвестра.

12. Реконструкция поясничного отдела позвоночного столба при аномальных изменениях – спондилодез и спондилолистез: в области дужки четвертого поясничного позвонка врожденный дефект костной ткани и смещением тел позвонков кпереди в сегменте L3-4.

13. Мультиспиральная компьютерно-томографическая урография в норме. Отображение просвета чашечно-лоханочных комплексов и мочеточников после  внутривенного введения контрастного вещества, выделяемого почками.  

14. Виртуальная колоноскопия в результате реконструкции при мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии. В просвете кишки полип на ножке.