КТ

    КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ.ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ.



    2 

     

    КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ.ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ.

    Среди всех существующих томографических методов особого успеха достигла радиационная (рентгеновская) компьютерная томография (КТ). Предпосылкой её появления послужили недостатки обычной рентгеногра­фии, породившие идею получения не одного, а ряда снимков, выполненных под разными ракурсами, и определения по ним путём математической обра­ботки плотностей исследуемого вещества в ряде сечений. Преимуществами КТ по сравнению с традиционной рентгенографией стали:

    - отсутствие теневых наложений на изображении;

    - более высокая точность измерения геометрических соотношений;

    - чувствительность на порядок выше, чем при обычной рентгенографии. Впервые задача реконструкции изображения была рассмотрена в 1917

    году австрийским математиком Иоганном Радоном, который вывел зависи­мость поглощения рентгеновского излучения от плотности вещества на не­котором луче зрения. Данная задача на много лет была отложена в сторону, и лишь в 1956-58 гг. советские учёные Тетельбаум, Коренблюм и Тютин разработали первую систему реконструкции рентгеновских медицинских изображений.

    Метод компьютерной томографии в 1961 г. предложил американский нейрорентгенолог Вильям Ольдендорф, а в 1963 математик Алан Кормак (США) провел лабораторные эксперименты по рентгеновской томографии и показал выполнимость реконструкции изображения. Первая вполне качест­венная томограмма головного мозга человека получена в 1972 году (рис. 1) [4].

    Рис. 1. Первый КТ сканер (а) и первая томограмма головного мозга (б)

    В 1973 инженер-исследователь Годфри Хаунсфилд (Великобритания) разработал первую на западе коммерческую систему - сканер головного мозга английской фирмы EMI. Он позволял получать изображения с разре­шением 80х80 пикселей (размер пиксела 3 мм). Получение одного изобра­жения требовало 4,5 на сбор данных и 1,5 мин на реконструкцию. Высокая продолжительность исследования накладывала ограничение на область ис­следования и первый томографы использовались только для исследований головного мозга. Первый отечественный медицинский рентгеновский томо­граф СРТ-1000 был разработан в 1978 г. под руководством И.Б. Рубашова, бывшего в 1987-1998 г.г. директором ВНИИ компьютерной томографии.

    К 1979 году серийно выпускаемые многими западными фирмами томо­графы, несмотря на их внушительную стоимость (сканер EMI стоил $390000), работали уже более чем в 2000 клиниках мира.

    В этом же 1979 году Г. Хаунсфилду и А. Кормаку за выдающийся вклад в развитие КТ была присуждена Нобелевская премия в области медицины. Еще через три года, в 1982 г., Нобелевской премии по химии был удостоен известный английский микробиолог Арон Клуг, который внес значительный вклад в развитие экспериментальных и расчетных методов трехмерной КТ.

    Конструкция компьютерного томографа за годы его существования пре­терпела значительные изменения. В целом можно выделить пять поколений КТ-сканеров.

    В томографах 1 поколения, появившихся в 1973 г., имелась одна остро­направленная рентгеновская трубка и один детектор, которые синхронно передвигались вдоль рамы (рис. 2а). Измерения проводились в 160 положе­ниях трубки, затем рама поворачивалась на угол 1° и измерения повторя­лись. Сами измерения длились около 4,5 минут, а обработка полученных данных и реконструкция изображения на специальном компьютере занима­ли 2,5 часа.

    Томографы 2 поколения (например, CT-1010, EMI, Великобритания) имели уже несколько детекторов, работающих одновременно, а трубка из­лучала не остронаправленный, а веерный пучок. Также как и томограф 1 поколения он использовал параллельное сканирование, но угол поворота трубки увеличился до 30°. Общее время измерений, необходимых для полу­чения одного изображения, значительно сократилось и составляло 20 се­кунд. Типичным для данной схемы сканирования является то, что она осно­вана на учете только первичных фотонов источника. Первый советский компьютерный томограф СРТ-1000 относился к томографам 2 поколения.

    В томографах 3 поколения (середина 1970-х гг.) трубка излучала широ­кий веерный пучок лучей, направленный на множество детекторов (около 700), расположенных по дуге. Усовершенствованная конструкция сделала возможным непрерывное вращение трубки и детекторов на 360° по часовой стрелке за счет использования кольца скольжения при подведении напря­жения. Это позволило устранить стадию перемещения трубки и сократить время, необходимое для получения одного изображения до 10 секунд. Такие томографы позволили проводить исследования движущихся частей тела (легких и брюшной полости) и сделали возможным разработку спирального алгоритма сбора данных. Все современные медицинские компьютерные то­мографы относятся к 3 поколению.

    В томографах 4 поколения (Pfizer 0450, США) имелось сплошное непод­вижное кольцо детекторов (1088 люминисцентных датчиков) и излучающая веерный пучок лучей рентгеновская трубка, вращающаяся вокруг пациента внутри кольца. Время сканирования для каждой проекции сократилось до 0,7 с, а качество изображения улучшилось. В данных томографах необхо­димо учитывать влияние эффекта рассеяния при переносе излучения, кото­рое в зависимости от используемой энергии источника может быть рэлеев-ским или комптоновским.

    В начале 1980-х появились электронно-лучевые томографы (томографы 5 поколения). В них поток электронов создается неподвижной электронно­лучевой пушкой, расположенной за томографом. Проходя сквозь вакуум, поток фокусируется и направляется электромагнитными катушками на вольфрамовую мишень в виде дуги окружности (около 210°), расположен­ную под столом пациента. Мишени расположены в четыре ряда, имеют большую массу и охлаждаются проточной водой, что решает проблемы те-плоотвода. Напротив мишеней расположена неподвижная система быстро­действующих твердотельных детекторов, расположенных в форме дуги 216°. Данные томографы используются при исследованиях сердца, т.к. по­зволяют получать изображение за 33 мс со скоростью 30 кадров/секунду, а число срезов не ограничено теплоемкостью трубки. Такие изображения не содержат артефактов от пульсации сердца, но имеют более низкое соотно­шение сигнал/шум [40]

    2