Разновидности КТ (компьютерной томографии)

Появление компьютерной томографии, как метода сканирования человеческого организма, стало возможным только благодаря открытию Вильгельмом Рентгеном, немецким физиком, Х-лучей с уникальной способностью проникать сквозь твёрдые предметы. Спустя некоторое время после этого открытия, лучи получили название рентгеновских, а научный и медицинский мир обрёл невиданный ранее способ исследовать внутреннее состояние человеческого организма без проведения открытых хирургических вмешательств – сканирование рентгеновскими лучами. Рентгенография, как метод получения снимков частей тела в одной плоскости, по сути, стала первым шагом к появлению компьютерной томографии – уже в начале 20 века рентгенографию начали применять в медицинских учреждениях. А благодаря достижениям научно-технического прогресса в 20 столетии, результатами которых стали первые ЭВМ (электронно-вычислительные машины), в 70-х годах медицинскому сообществу всего мира впервые была представлена компьютерная томография.

Становление компьютерной томографии: от Пирогова до Кормака

Несмотря на то, что КТ считается достижением науки конца 20 века, понятие томографии, как и сама методика послойного снятия информации о человеческом организме, впервые появилось в 19 столетии в трудах Николая Ивановича Пирогова, хирурга и анатома. Им был разработана тактика изучения анатомического строения внутренних органов, которую он назвал топографической анатомией.

Суть предложенного способа заключалась в том, чтобы не производить вскрытие трупов сразу по стандартной схеме. Сначала тело необходимо было подвергнуть заморозке, после чего можно было производить послойное разрезание в различных анатомических проекциях. Таким образом, медики получали возможность изучить внутренние состояния больных, правда, уже после их смерти. Помочь умершему таким образом, безусловно, не представлялось возможным, однако собранная таким образом информация представляла собой бесценный вклад для науки, для разработки методов диагностирования и лечения, которые можно было успешно применять на живых пациентах. Описанная методика получила название анатомической томографии или “ледяной анатомии” Пирогова.

Начало было положено. В 1895 году происходит открытие проникающих рентгеновских лучей. В начале 20 столетия И. Радон, австрийский учёный-математик, выводит закон, обосновывающий способность Х-лучей по-разному поглощаться средами различной плотности. Именно это свойство рентгеновского облучения и лежит в основе всего метода компьютерной томографии (КТ).

Американский и австрийский физики Кормак и Хаунсфилд, основываясь на теории Радона, независимо друг от друга продолжают работать в этом направлении, и в конце 60-х представляют миру первые прототипы компьютерных томографов. Уже с 1972 года эти аппараты начинают применяться для диагностики пациентов по всему миру.

Виды компьютерных томографов

Процесс развития компьютерных томографов насчитывает 5 этапов, соответственно, за это время были разработаны 5 типов томографов.

Томографы первого поколения конструировались по подобию аппарата Хаунсфилда. Учёный использовал в своём приборе кристаллический детектор с фотоэлектронным умножителем. В роли источника излучения выступала трубка, связанная с детектором. Трубка поочерёдно делала поступательные и вращательные движения при постоянно транслирующемся рентгеновском излучении. Такие аппараты применялись только для обследования головного мозга, так как диаметр просвечиваемой зоны не превышал 24-25 сантиметров, кроме того, сканирование длилось долго, и обеспечить на всё время его проведения полную неподвижность пациента было проблематично.

Второе поколение компьютерных томографов появилось в 1974 году, когда впервые миру были представлены аппараты с несколькими детекторами. Отличие от устройств предыдущего типа заключалось в том, что поступательные движения трубки производились быстрее, а после этого движения трубка делала поворот на 3-10 градусов. За счёт этого полученные снимки были более чёткими, а лучевая нагрузка на организм уменьшалась. Однако продолжительность томографии с использованием такого аппарата всё равно была большой – до 60 минут.

Третий этап развития томографических аппаратов впервые исключал поступательное движение трубки. Диаметр исследуемой зоны увеличился до 40-50 сантиметров, кроме того, используемое компьютерное оборудование стало существенно более мощным: в нём начали использовать более современные первичные матрицы.

Четвёртое поколение томографов появилось на стыке семидесятых и восьмидесятых годов. В них предусматривалось наличие 1100-1200 неподвижных детекторов, расположенных по кольцу. В движение приходила только рентгеновская трубка, благодаря чему время получения изображения существенно сократилось.

Самые современные аппараты – компьютерные томографы пятого поколения. Их принципиальное отличие от предыдущих устройств заключается в том, что в них поток электронов продуцируется неподвижной электронно-лучевой пушкой, которая располагается за томографом. При прохождении через вакуум, поток фокусируется и направляется электромагнитными катушками на вольфрамовую мишень под столом, где располагается пациент. Мишени большой массы размещены в четыре ряда и охлаждаются непрерывной подачей проточной воды. Неподвижные твёрдотельные детекторы находятся напротив мишеней. Аппараты такого типа изначально использовались для сканирования сердца, так как позволяли получить картинку без шумов и артефактов от пульсации органа, а сейчас они применяются повсеместно.

Суть метода компьютерной томографии

Диагностика посредством КТ представляет собой процесс получения изображения слоя ткани малой толщины посредством обработки данных, полученных с детекторов рентгеновского излучения, путём просвечивания этого слоя в разных проекциях. Во время сканирования трубка осуществляет обороты вокруг объекта. Различия в плотности различных участков объекта исследования, которые встречает на своём пути излучение, вызывают изменения его интенсивности, фиксирующиеся детектором. Получаемый сигнал обрабатывается компьютерной программой, которая конструирует на его основе послойное изображение.

Современные аппараты дают минимальную толщину слоя от 0,5 миллиметра.

Классификации компьютерной томографии по различным признакам

Одним из оснований разделения процедуры на виды является количество изображения, которое она позволяет получить за одно вращение трубки:

• односрезовая КТ даёт один снимок в одной проекции за одно вращение;
• многосрезовые КТ могут осуществлять сканирование от 2 до 640 срезов за один цикл вращения трубки.

В зависимости от использования в процессе контрастирующего вещества, различают:

• КТ без контраста;
• КТ с контрастом – когда пациенту в процессе проведения процедуры внутривенно или перорально вводится окрашивающее вещество.

Применение компьютерной томографии с контрастом обусловлено необходимостью:

• повышения информативности полученных снимков:
• усиления дифференциации близко расположенных органов на изображении;
• отделения патологических и нормальных структур на снимках;
• уточнения характера обнаруженных патологических изменений.

По количеству детекторов и оборотов трубки в единицу времени различают такие разновидности компьютерной томографии:

• последовательная КТ;
• спиральная томография;
• многослойная мультиспиральная компьютерная томография.

Последовательная компьютерная томография

Такой вид КТ предполагает, что, после совершения каждого оборота, рентгеновская трубка останавливается для того, чтобы вернуться в исходное положение перед началом следующего цикла. Пока трубка неподвижна, стол томографа с пациентом передвигается вперёд на определённое расстояние (так называемый “шаг стола”) для того, чтобы произвести снимок следующего среза. Толщина среза, а, соответственно, и шага, выбирается в зависимости от целей обследования. При исследовании грудной клетки и брюшной полости, время неподвижности трубки пациент использует для того, чтобы совершить выдох или вдох, и задержать дыхание для следующего снимка. Такой процесс сканирования является фрагментарным, дискретным. Он разделён на циклы, равные одному обороту трубки вокруг объекта сканирования.

Последовательная КТ на сегодняшний день практически не применяется. Её использовали для обследования различных органов и частей тела, однако у неё есть ряд недостатков (значительная длительность, сдвиг и несоответствие томографических срезов в результате движений пациента), из-за которых её вытеснили другие разновидности компьютерной томографии – спиральная и многослойная мультиспиральная.

Как работает спиральная томография

Этот вид КТ впервые был предложен в медицинской практике в 1988 году. Его суть заключается в непрерывности двух действий: вращения рентгеновской трубки вокруг объекта исследования, и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования сквозь апертуру гентри. Гентри включает в себя источник излучения, детекторы сигналов, а также систему, которая обеспечивает их непрерывное движение. Диаметр апертуры гентри – это глубина области объекта, на которую распространяются возможности сканирования.

В процессе проведения этого вида томографии, движение рентгеновской трубки имеет траекторию спирали. В этом случае скорость движения стола с пациентом может принимать произвольные значения, необходимые для достижения целей исследования. Такая технология позволила уменьшить длительность процедуры, следовательно, и лучевую нагрузку на обследуемого.

Мультиспиральная многослойная компьютерная томография

Основополагающее отличие такого вида компьютерной томографии состоит в количестве детекторов – по окружности гентри их может располагаться минимум 2 ряда, общим количеством до 1100-1200 штук.

Впервые технология мультиспирального или мультисрезового сканирования была предложена в 1992 году. Изначально она подразумевала произведение двух срезов в течение одного цикла вращения рентгеновской трубки, что существенно увеличивало производительность томографа. Сегодня аппараты позволяют получить до 640 срезов объекта за одно вращение, в результате чего появляется не только высокоточная и качественная картинка на снимках, но и возможность следить за состоянием органов в реальном времени. Существенно сократилось и время проведения процедуры – мультиспиральная компьютерная томография, или МСКТ, длится всего 5-7 минут. Такой тип томографии предпочтителен для обследования костных тканей.

Иные разновидности компьютерной томографии

Ещё одним фактором, определяющим дифференциацию видов КТ, является количество источников, выделяющих излучение. С 2005 года на рынке томографов появились первые аппараты с двумя рентгеновскими трубками. Их разработка являлась закономерной необходимостью для выведения компьютерной томографии объектов, находящихся в очень быстром, непрерывном движении, например, сердца. Для достижения наибольшей результативности и объективности результатов обследования этого органа период сканирования среза должен быть максимально коротким. Усовершенствование существующих томографов с одной рентгеновской трубкой остановилось на том, что был достигнут технический предел скорости её вращения. Использование двух источников излучения, расположенных под углом 90 градусов, даёт возможность получать изображение сердца независимо от частоты его сокращений.

Важное преимущество аппаратов с двумя трубками излучения – их полная “автономность” друг от друга, то есть возможность каждой из них работать в самостоятельном режиме, с различающимися значениями напряжения и тока. Благодаря этому, близко расположенные предметы разной плотности удаётся лучше дифференцировать на изображении.

По областям сканирования выделяют компьютерную томографию:

• внутренних органов;
• костей и суставов;
• сосудистой системы;
• головного и спинного мозга.

Каждый из видов томографии различается между собой требованиями по подготовке, необходимостью или отсутствием необходимости вводить контраст, а также режимом работы аппарата.

Компьютерная томография внутренних органов

КТ внутренних органов позволяет получить чёткие снимки и трёхмерное изображение органов грудной клетки, брюшной полости, средостения, шеи, забрюшинного пространства, малого таза, бронхов, мягких тканей.

КТ опорно-двигательного аппарата

Компьютерная томография костей и суставов сканирует состояние и функциональные нарушения в плотных костных образованиях, мышцах, суставных структурах, а также в подкожно-жировой клетчатке. Если, например, для исследования состояния костей успешно используется и рентгенография, то обследование суставов – процесс, требующий более уникальных решений, ведь сустав представляет собой сложную систему взаимосвязанных между собой тканевых элементов. Безусловно, есть иные методы исследования этих частей тела, например, артроскопия и артрография, но они требуют хирургического вмешательства, порой незначительного, однако из-за него могут возникать различные осложнения после процедуры.

Томографическое обследование сосудов

Сканирование сосудистой системы человека с использованием компьютерного томографа, чаще всего, происходит с контрастированием. Такое обследование даёт возможность увидеть и проанализировать особенности строения сосудов, наличие сужений или расширений, тромбов, расслоения, аневризмы, стеноза, артерио-венозной мальформации.

Сканирование головного и спинного мозга с помощью технологий КТ

Компьютерная томография на сегодняшний день является одним из основных способов визуализации спинного и головного мозга для их исследования. Процедура даёт хорошую видимость всех структур головного мозга: мозолистого тела, больших полушарий, мозжечка, варолиева моста, гипофиза, продолговатого мозга, ликворопроводящих областей, борозд полушарий и мозжечка, а также мест выхода самых крупных мозговых нервов.

Что касается спинного мозга, в течение долгого времени единственным способом обследования этого органа была рентгеновская миелография, проводимая с контрастированием. По своей сути, она представляла собой процесс получения рентгеновских снимков с предварительным введением пациенту окрашивающего вещества.

По результатам современной компьютерной томографии можно определить форму, контур, структуру спинного мозга, при этом он хорошо дифференцируется от окружающего его ликвора. На снимках определяются корешки и спинно-мозговые нервы, а также сосудистая система спинного мозга.

Перфузионная компьютерная томография

КТ-перфузия – методика компьютерной томографии, проводимая для определения уровня кровотока во внутренних органах, в основном, в головном мозге или печени. Перфузия определяется как отношение объема крови к объёму тканей конкретного органа. Такой вид томографии позволяет оценить особенности притока, проницаемости и оттока крови.

Основные достоинства и недостатки метода

Технология обследования внутренних органов и систем тела человека с использованием специального компьютерного оборудования и свойств рентгеновского облучения, по ряду причин достаточно высоко оценивается медиками всего мира. Результаты КТ представляют собой снимки костей, органов, сосудов и мягких тканей, имеющие высокое качество изображения. Томографы последнего поколения дают возможность не только построить трёхмерную модель большинства внутренних структур человеческого тела, но и, практически, наблюдать за ними в режиме реального времени. Полученная информация легко поддаётся обработке, и отличается простотой исследования для врача-рентгенолога. Удобство представляет и возможность сохранить изображение в цифровом виде на специальном запоминающем устройстве, и, при необходимости, распечатать его столько раз, сколько необходимо.

В отличие от МРТ, компьютерную томографию разрешено назначать пациентам с металлическими имплантами, несъёмными протезами, внедрёнными в тело спицами, а также кардиостимуляторами.

Пациенты, перенёсшие процедуру, отмечают её безболезненность и быстроту. В редких случаях может понадобиться, чтобы пациент находился в томографе дольше 15-20 минут.

По сравнению с обычной рентгенографией, КТ подвергает пациента гораздо меньшему уровню облучения.

Однако, кроме неоспоримых достоинств, метод обследования с применением компьютерного томографа имеет и некоторые недостатки, основной из которых – сам факт использования рентгеновских лучей, особенно учитывая, что человеческое тело можно исследовать и без их применения, например, посредством МРТ. Из-за того, что процедура подвергает пациента облучению, её не рекомендуется назначать детям и беременным женщинам. Также нежелательно использовать метод КТ чаще, чем 2-3 раза в год.

Сканирование состояния внутренних органов, костей, сосудистой системы, тканей – объективная необходимость в медицине. Вся лечебная деятельность без тщательного и информативного обследования, по сути, не имеет смысла, так как установить диагноз, определить тактику лечения, или проверить эффективность уже проведённой терапии без проведения диагностики крайне сложно. Благодаря коллективной работе учёных – физиков, математиков, медиков – в мировой медицинской практике появилась компьютерная томография. За годы своего существования и развития она прошла несколько этапов, во время которых менялись и совершенствовались аппараты, модернизировалась техника, появлялись новые методики и приёмы обследования: КТ с контрастом и без него, последовательная, спиральная, многослойная КТ, а также компьютерная томография с двумя источниками излучения. Каждая из этих видов компьютерной томографии имеет свои особенности, и может применяться с разными целями – от сканирования головного мозга до исследования состояния суставов.