Рентгенівська комп'ютерна томографія

Як було зазначено вище, при КТ уперше було використано рентгенівське випромінювання як джерело інформації для ма­тематичної обробки. Цей чутливий і високоінформативний ме­тод рентгенодіагностики — пошарове рентгенологічне дослід­ження, засноване на комп'ютерній реконструкції зображення, одержуваного при круговому скануванні об'єкта вузьким пуч­ком рентгенівських променів.

Фізична природа процесу томографування полягає в на­ступному: інформаційний промінь сканує ("переглядає") люд­ське тіло по окружності. По інший бік рентгенівської трубки встановлено систему датчиків, кількість яких змінювалася від двох (перше покоління томографів) до 500 (третє покоління) і до кількох тисяч твердотільних датчиків, розташованих у кілька рядів (четверте покоління).

Мал. 3. Принцип дії рентгенівського променя

Ці датчики фіксують змінені кількісні характеристики ін­формаційних променів, тобто відтворюють ступінь ослаблення пучка. Обертаючись навколо пацієнта, рентгенівський промінь "переглядає" його тіло під різними ракурсами, у цілому під ку­том 360° (мал. 3). До кінця обертання випромінювача в пам'яті комп'ютера зберігаються зафіксовані сигнали всіх датчиків. Накопичена інформація у вигляді масиву даних обробляється ППЗ, за допомогою якого реконструюється графічне зображен­ня зрізу (графічна матриця). Воно складається з кількох десят­ків тисяч світлових точок, яскравість яких пропорційна щіль­ності тканин, через які проходив пучок випромінювання. При цьому комп'ютером розраховується коефіцієнт ослаблення про­менів або коефіцієнт абсорбції (КА) тканин, що виражається в одиницях Хаунсфілда (Hounsfield Units, HU), для кожної точ­ки зображення. Ця величина показує, наскільки біологічна тканина здатна поглинати (послаблювати) рентгенівські про­мені. Кістка поглинає рентгенівські промені сильніше порівняно з іншими тканинами і має найбільший КА (+800+ +3000 HU). Повітря практично не поглинає промені і має най­менший КА (-1000 HU). Якщо розмістити на прямій три ос­новні точки КА:

> КА максимального ослаблення +1000 HU (щільність кам'янистої частини скроневої кістки);

> КА мінімального ослаблення -1000 HU (щільність по­вітря);

> КА води 0 НU, то одержимо шкалу Хаунсфілда — один з основних інстру­ментів КТ-діагностики.

Здатність тканин поглинати рентгенівські промені прямо пов'язана з їх щільністю, що також може вимірюватися в оди­ницях Хаунсфілда. Таким чином, якщо за нульову величину щільності прийнята щільність води при щільності кістки + 1000 HU і щільності повітря -1000 HU, то дана шкала також буде називатися шкалою Хаунсфілда. Відповідно до цієї шка­ли весь діапазон щільностей тіла людини складається з 2000 одиниць: від -1000 до +1000. У сучасних КТ-дослідженнях зображення щільностей коливається від -1000 до +3000 HU. A це означає, що чим більша щільність тканин, тим сильніше вона поглинає випромінювання і тим світлішою ця тканина є на екрані: кістка біла, повітря чорне. Таким чином, нормальні і патологічні утворення розрізняють за градаціями переходу від чорного до білого кольору. Деякі тканини і відповідні їм па­раметри щільності, виражені в одиницях Хаунсфілда, наведе­но на мал. 29.

Користуючись клавіатурою, лікар може збільшувати це зо­браження, виділяти і збільшувати окремі його частини, ви­мірювати розміри органа, визначати щільність кожної ділян­ки тканини в умовних одиницях. За серією двовимірних зобра­жень за допомогою математичних методів обробки можна від­новити об'ємне зображення об'єкта.

У медицині побачити невидиме або ледве помітне оком означає встановити діагноз на ранній стадії захворювання, коли ще можна уникнути небезпечного розвитку патології та оперативного втручання. Основою візуального аналізу будь-яких зображень є пошук і виявлення ледве помітних і невидимих оку лікаря діагностичних ознак. КТ використовують не тільки з діагностичною метою, а і як метод контролю за виконанням хірургічних втручань. Наприклад, топографія структур голо­вного мозку різко змінюється після розкриття черепа при втру­чанні на патологічному вогнищі. Під час операції потрібна пос­тійна корекція в оцінці взаємодії анатомічних структур. Під контролем КТ уводять волоконно-оптичні прилади і мікро­хірургічні інструменти в ушкоджені ділянки дисків хребців і виконують найтонші операції.

Спочатку існували комп'ютерні томографи для досліджен­ня тільки головного мозку. Це зараз звучить буденно, але 35 років тому вперше у світі людство одержало можливість загля­нути усередину живого мозку й судити про порушення в ньому не по непрямих ознаках, а вивчати морфологічні зміни самого субстрату, диференціювати сіру й білу речовину. Технічний прогрес привів до вдосконалювання апаратур: з'явилися мо­гутніші, швидкісні апарати, пристосовані для дослідження всього тіла пацієнта (мал. 5). Проблему диференціації органів і тканин, що мають рівну або дуже близьку щільність за шка­лою Хаунсфілда, було вирішено шляхом внутрішньовенного контрастного посилення, тобто введення таких речовин в ор­ганізм людини, які, накопичуючись в органах, змінювали їхню щільність. Методики контрастного посилення дають змогу розрізняти й визначати характер пухлин (новоутворень) на фоні м'яких тканин, що їх оточують, у тих випадках, коли вони не видимі при звичайному дослідженні.

Мал. 5. Дослідження усього тіла пацієнта

На сьогодні нараховуються чотири покоління рентгенівсь­ких комп'ютерних томографів. Прикладом томографа третьо­го покоління є спіральний томограф, названий так через обер­тальне переміщення віялового рентгенівського пучка, що ство­рює траєкторію спіралі. Більшість сучасних установок в Ук­раїні — це апарати третього покоління. Якщо на апаратах пер­шого покоління процес зчитування інформації і реконструювання одного зображення займав кілька хвилин, на апаратах другого — десятки секунд, то на томографах третього і четвер­того поколінь — кілька секунд. Таким чином, щоб дослідити головний мозок на томографах першого покоління з товщиною зрізу 10 мм (тобто кількість зрізів — до 8), необхідно було за­тратити 8—10 хв. У 2004—2005 роках було розроблено 32- і 64-зрізові мультиспіральні томографи, які є вершиною технічного прогресу (мал. 6).

.

Мал. 6. Спіральний комп’ютерний томограф

Недоліком КТ є створення променевого навантаження (рент­генівське випромінювання), тому застосування її без достатніх підстав (показань) небажане.