Принцип работы и возможности компьютерного томографа

Компьютерная томография – это способ послойной визуализации отдельных органов или участков тела человека с помощью рентгеновского излучения и компьютерной обработки полученных данных.

Метод компьютерной томографии, как и плоскостная рентгенография, основывается на способности различных тканей организма в неодинаковой степени поглощать и пропускать ионизирующее излучение, но принцип работы компьютерного томографа и пленочного рентгеновского аппарата в корне различный.

Компьютерный томограф

Как формируется изображение в результате компьютерной томографии?

При получении плоскостного рентгеновского снимка просвечивание тела пациента и получение изображения на пленке происходит одновременно. При этом картинка отражает суммарное поглощение рентгеновского луча при прохождении через все слои исследуемого участка. Способность поглощать излучения называют рентгеновской плотностью. Чем она выше, тем меньше лучей попадает на пленку и, как следствие, изображение будет более светлым.

При проведении компьютерной томографии используется совершенно другой принцип: область исследования виртуально делится на микроскопические кубики – вокселы (от англ. volume element – элементы объема). Для каждого из них в процессе компьютерной обработки данных будет рассчитана собственная величина рентгеновской плотности. Чем она выше, тем светлее будет пиксель (от англ. picture element), соответствующий этому вокселу на плоскостной картине среза. Получение изображения проходит в два этапа:

• Сканирование проводится с помощью рентгеновской трубки, которая закреплена внутри рамы аппарата и может перемещаться по окружности и одного или нескольких датчиков, вращающихся синхронно с трубкой или неподвижно закрепленных в зависимости от модели аппарата. Этот этап аналогичен получению большого количества рентгеновских снимков в различных проекциях с той разницей, что приемником является не пленка, а электронный датчик. Он обладает большей чувствительностью в сравнении с пленкой, поэтому облучение при КТ превышает таковое при рентгенографии не в тысячи, а в несколько десятков раз.

Схема работы компьютерного томографа: 1 -вращающаяся рентгеновская трубка; 2 — неподвижные детекторы

• Компьютерная обработка: на основании данных полученных на первом этапе, компьютер составляет линейную систему уравнений для вычисления плотности каждого элемента объема. Для каждого направления луча система фиксирует набор вокселов, через которые он проходит и приравнивает сумму поглощения рентгеновского излучения в каждом из них к результирующему значению, которое было получено в результате сканирования. Для получения изображения размером 300х300 пикселов компьютеру потребуется решить систему из 90 тыс. линейных уравнений. Четкость изображения будет зависеть от того, сколько срезов и с каким разрешением было отсканировано.

Это интересно: вычислительный блок томографа формирует изображения, рассчитывая рентгеновскую плотность для каждого пикселя. Для этого процессору приходится решать целую систему уравнений, составленную на основании данных сканирования.

Какие структуры можно увидеть с помощью компьютерной томографии?

КТ в сравнении с рентгенографией обладает большей чувствительностью. Если на плоскостном суммационном изображении контрастными воспринимаются ткани с разницей рентгеновской плотности в 10-20%, то на компьютерном скане можно различить участки, отличающиеся всего на 1%. Для обозначения плотности ткани используется относительная денситометрическая шкала Хаунсфилда: за 0 принята плотность воды, положительные значения имеют мышцы и кости, отрицательные – жировая ткань и воздух. Всего в шкале насчитывает более 4 тыс. градаций, что вполне достаточно для получения контрастного изображений как костной, так и мягких тканей, если параметры сканирования определены верно.

Компьютерная томография получает все более и более широкое распространение

Компьютерный томограф различает более 4 тыс. градаций рентгенологической плотности тканей, в то время как монитор может передать всего 256 оттенков серого. Для сохранения точности используют пересчет градаций в интересующем диапазоне: костное, мягкотканное или легочное окно.

В медицине компьютерная томография используется для исследования таких органов, как:

• Головной мозг. КТ используется преимущественно для экстренной диагностики травматических повреждений и геморрагического инсульта, крупные опухоли и сосудистые мальформации также видны на КТ. Для исследования сосудов головного мозга применяется КТ с контрастированием. При просмотре скана в костном окне видны травматические повреждения черепа и костей лицевого скелета.
• Зубочелюстную систему и придаточные пазухи чаще исследуют с помощью конусно-лучевой томографии. Эта методика позволяет проводить сканирование не полного среза, а ограниченного участка тела и, как следствие, снизить дозу облучения. Конусно-лучевая КТ зубов дает представление о состоянии корневых каналов и периапикальных тканей, наличии корневых кист и гранулем, а также внутричелюстных новообразований. КТ придаточных пазух носа показывает их воздушность, а также дает возможность судить о причинах изменений в них;

• Позвоночник сканируется полностью или по сегментам в зависимости от предполагаемого диагноза. КТ дает информацию о плотности кости позвонка, наличии переломов и травматических повреждений, позволяет выявлять спондилолистез и сужение позвоночного канала. Подробной информации о состоянии межпозвоночного диска и нервного корешка с помощью такого обследования получить не удастся.
• Грудную клетку сканируют с получением изображения в костном окне для выявления травматических повреждений костей грудной клетки или в легочном для изучения структуры легочной ткани. С помощью этого метода можно выявить новообразования и воспалительные изменения в легочной ткани и сделать предположение об их природе. Диагноз ставится по совокупности клинического обследования и результатов сканирования.
• Брюшную полость чаще обследуют с помощью МРТ, так как разрешающая способность этого метода для исследования мягких тканей выше. Тем не менее, если требуется получить результат и поставить диагноз быстро, предпочтение отдается рентгеновской томографии, так как проводится она значительно быстрее. С помощью КТ можно выявить и определить локализацию патологических скоплений жидкости в брюшной полости, конкрементов в желчном пузыре, определяются кисты, опухоли и абсцессы брюшной полости.

Мультиспиральная компьютерная томография и ее возможности

Мультиспиральный компьютерный томограф

Принцип работы мультиспирального компьютерного томографа отличается от обычного последовательного тем, что для сканирования используется не один вращающийся, а множество закрепленных на месте и расположенных вокруг тела пациент датчиков. Это позволяет увеличить скорость сканирования. Это дает возможность получать изображение органов, находящихся в постоянном движении, например, сердца. С применением внутривенного контрастирования с помощью МСКТ можно получить изображение коронарных артерий полностью неинвазивным методом, поэтому такое исследование считается блестящей альтернативой интервенционной коронарографии.

МСКТ сердца с контрастированием – неинвазивная процедура, не уступающая в информативности интервенционной коронарографии.

Обоснование назначений, риски и ограничения метода

Риск для здоровья пациента при проведении КТ может быть связан с действием ионизирующего облучения либо с реакцией на вещество, применяемое для внутривенного контрастирования. В первом случае врач должен обосновать назначение, взвесив предполагаемую дозу облучения, ценность диагностической информации, ее доступность при проведении альтернативных методов обследования и риск возможной диагностической ошибки при отказе от КТ.

Детям компьютерная томография проводится, если польза от диагностики в значительной мере превышает возможные риски

Исследование противопоказано беременным женщинам, а детям младшего возраста назначается с осторожностью. Контраст не используют при патологии почек, сахарном диабете, беременности, тиреотоксикозе и общем тяжелом состоянии пациента. Если показания к исследованию определены верно, а необходимую информацию невозможно получить другим путем, томографию можно проводить столько раз, сколько это необходимо.

Величина лучевой нагрузки, также как и диагностические возможности метода, зависят от класса аппарата и профессионализма врача-рентгенолога, который устанавливает индивидуальные параметры сканирования в зависимости от предполагаемого диагноза и интересующей клинициста информации. Описание, которое выдается на руки пациенту после прохождения томографии, не может содержать окончательного диагноза. Насколько бы явными ни были признаки заболевания на КТ, это исследование остается в медицине вспомогательным, а диагноз должен быть подтвержден клиническими и лабораторными данными.