КТ

    СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТОМОГРАФИИ.



    2 3 4 5 6 

     

    СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТОМОГРАФИИ.

    М.Я. Марусина, А.О. Казначеева

    В докладе представлены различные виды томографических технологий, их аналитические возможности, достоинства и недостатки. Подробно рассмотрены основные виды томографии: рентгеновская компью­терная (Р КТ), магнитно-резонансная (МРТ), позитронно-эмиссионная (ПЭТ) томография, ПЭТ/КТ скане­ры. Проведена классификация томографических комплексов по назначению. Проанализированы тенден­ции развития томографи-ческих комплексов. Приведены результаты комплексного мониторинга рынка томографических технологий в Санкт-Петербурге.

    Введение

    Мировые тенденции в развитии медицинского приборостроения в последние годы претерпели значительные изменения. Это связано с появлением качественно новых требований к уровню медицинской диагностики, которые продиктованы необходимо­стью раннего обнаружения различных заболеваний. В настоящее время состояние ме­дицинской техники позволяет визуализировать структурные и функциональные изме­нения одного и того же объекта с помощью устройств, имеющих различные физиче­ские принципы действия.

    На современном этапе одним из наиболее информативных методов является томо­графия (послойное исследование структуры различных объектов), дающая намного больше информации о каждом элементарном объеме объекта, чем другие известные медицинские диагностические методы. В настоящий момент развивается несколько ви­дов томографии: рентгеновская компьютерная (Р КТ), магнитно-резонансная (МРТ), по­зитронно-эмиссионная (ПЭТ), электронно-лучевая, ультразвуковая, оптическая коге­рентная томография и др. Но суть всех способов едина: по суммарной информации (в Р КТ это интенсивность сигналов на детекторах, в МРТ это интенсивность эхо-сигналов), полученной от некоторого сечения (слоя) объекта, нужно определить ло­кальную информацию, а именно плотность вещества в каждой точке сечения. В разных видах томографии и суммарная информация, и математическое описание (в Р КТ это интегральные уравнения Радона или Фредгольма, в МРТ это двухмерное преобразо­вание Фурье) качественно различны, хотя существуют попытки описать различные способы получения изображений единым, так называемым основным уравнением то­мографии [1, 14, 15].

    Качество томографических изображений зависит от целого ряда факторов: физи­ческих процессов, на основе которых проводится сбор данных; аппаратного и про­граммного обеспечения; параметров сканирования; свойств исследуемого вещества (плотности, процессов релаксации, диффузии); различных влияющих факторов, напри­мер, температуры окружающей среды, перепады которой приводят к повышению уров­ня шума на Р КТ-изображениях и снижают их качество и т.д. [1,2].

    Одно из направлений развития кафедры измерительных технологий и компьютер­ной томографии - научно-исследовательская работа в области разработки и совершен­ствования измерительных томографических комплексов.

    Основные виды томографии:

    Компьютерная томография

    Из всех существующих томографических методов особые успехи в настоящее время достигнуты в рентгеновской компьютерной томографии КТ. Предпосылкой ее появ­ления послужили недостатки обычной рентгенографии, породившие идею получения не одного, а ряда снимков, выполненных под разными углами, и определения путем математической обработки плотностей исследуемого вещества в ряде сечений.

    Выходные данные КТ-сканера даются в КТ-числах или единицах Хаунсфилда. Компьютерная обработка изображения позволяет различать более ста степеней измене­ния плотности исследуемых тканей: от нуля - для воды, до ста и более - для костей. Это дает возможность дифференцировать различия нормальных и патологических уча­стков тканей в пределах 0,5-1%, т.е. в 20-30 раз больше, чем на обычных рентгено­граммах.

    Основным достоинствам Р КТ является небольшая продолжительность исследова­ния (всего 1-5 мин) при достаточно высоком пространственном разрешении изображе­ния (до сотых долей мм). К достоинствам можно также отнести: возможность построе­ния качественных 3Б реконструкций объекта; низкие эксплуатационные затраты РКТ; оперативность; возможность исследования промышленных объектов

    Основные недостатки Р КТ: наличие рентгеновского излучения; получение срезов только в поперечной плоскости; присутствие на томограммах артефактов от металла; влияние температуры окружающей среды; необходимость калибровки аппарата из-за дрейфа КТ-чисел.

    Современные многосрезовые Р КТ-сканеры имеют до 64 рядов детекторов и обес­печивают высокое изотропное разрешение изображений. Например, томограф 8оша1ош 8епзайоп 64-зНсе ("81ешепз") позволяет проводить исследования с изотропным разре­шением 0,24 мм, при этом время одного оборота трубки составляет 0,33 с, а скорость движения стола - 87 мм/с. Подобные системы наиболее часто используются в кардио­логии, пульмонологии и при исследованиях сосудистой системы [3, 4].

    Существенно повысить информативность томографических данных можно, при­менив различные методы трехмерной реконструкции, дающие возможность рассмот­реть участки исследуемого объекта под произвольным углом (рис. 1).

    Рис. 1. Компьютерный томограф (а), КТ-изображение (б) и трехмерная реконст­рукция (в)

    Для получения изображений внутренних полостей (например, сосудов) в перспек­тиве, а иногда и для отображения областей, не доступных обычной эндоскопии (напри­мер, цистерны мозга), используется виртуальная эндоскопия. В этом режиме интере­сующие полости отображаются с помощью объемного представления в перспективе, что дает ощущение «полета» через отображаемую область.

    Использование различных методов реконструкции позволяет существенно повы­сить информативность полученных данных, в том числе за счет наглядности простран­ственного расположения исследуемых тканей.

    Магнитно-резонансная томография

    Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод отображения внутренней структуры объектов, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и используемый преимущественно для медицинских визуализаций.

    Основные достоинства МРТ: более высокая разрешающая способность, контраст­ность и большие возможности по дифференциации тканей по сравнению с Р КТ; воз­можность получения изображений в произвольной плоскости; возможность осуществ­ления функциональных исследований; относительная безвредность (отсутствие лучево­го воздействия на пациента); получение изображений сосудов; определение спектраль­ного состава веществ.

    Основные недостатки МРТ: достаточно высокая продолжительность исследования (15-30 мин.); присутствие на томограммах значительных артефактов от металла и от движения объекта; появление ложных изображений; наличие ряда противопоказаний для проведения исследований; невозможность проведения МРТ-исследований промыш­ленных объектов.

    По типу источника основного магнитного поля МРТ -томографы разделяются на постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные системы. В зависимости от напряженности основного магнитного поля МР-томографы классифицируются на: сверхнизкие (менее 0,1 Тл); низкопольные (0,1- 0,4 Тл); среднепольные (0,5 Тл); высо-копольные (1-2 Тл); сверхвысокопольные (свыше 2 Тл). По виду конструкции МР-томографы бывают открытые и закрытые.

    Низкопольные МРТ обычно имеют резистивные или постоянные магниты. Их преимущество заключается в меньшем количестве противопоказаний для пациентов и персонала. Иногда низкопольные системы имеют специализированную область приме­нения, например, только для исследования конечностей, или используются как откры­тые томографы. Недостатками таких систем являются низкое соотношение сигнал/шум и большое время сканирования, необходимое для получения изображения хорошего качества.

    Оптимальная величина напряженности поля для клинического отображения лежит в диапазоне от 0,5 до 2,0 Тл. Свыше верхнего предела 2,0 Тл, магнитные поля потенци­ально опасны для пациентов и могут использоваться только в исследовательских лабо­раториях. Вопрос об оптимальной напряженности поля - предмет постоянной дискус­сии специалистов. _

    Рис. 2. Магнитно-резонансный томограф (а), МРТ -изображение головного мозга (б)

    и кисти (в)

    Более 90% парка МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими маг­нитами. В середине 80-х гг. фирмы-производители делали упор на выпуск моделей с полем 1,5 Тл и выше, но уже через несколько лет стало ясно, что в большинстве облас­тей применения они не имеют существенных преимуществ перед моделями со средней индукцией поля

    2 3 4 5 6