История развития кт кратко
Обновлено: 05.07.2024
Изучить историю развития компьютерной томографии и на примере новейших её направлений, таких как мультиспиральная и конусно-лучевая компьютерная томография (МСКТ и КЛКТ), показать особенности и уникальность данного метода исследования.
Описание
Качественная диагностика заболеваний в современной медицине играет важную роль. Любое заболевание легче вылечить, если диагностировать его на ранней стадии. Для этого изобрели множество различных методов диагностики, в том числе компьютерную томографию.
Задачи
1. Изучить литературу по теме исследования.
2. Выявить этапы развития компьютерной томографии как метода диагностики.
3. Изучить принцип применения МСКТ и КЛКТ.
Компьютерная томография − метод неразрушающего послойного исследования внутреннего строения объекта.
В 1917 году австрийский математик И. Радон создал первый математический алгоритм для КТ. Основой его метода стал экспоненциальный закон ослабления излучения. В рентгеновском излучении этот закон выполняется с высокой точностью, поэтому его применили впервые в рентгеновской компьютерной томографии.
В 1934 г. В. И. Феоктистов создал первый действующий рентгеновский томограф.
За время существования конструкция томографов претерпела существенные изменения. Увеличилась скорость сканирования, количество исследуемых слоёв, улучшилось качество изображения и скорость обработки информации.
Наиболее современными методами сканирования тела считаются мультиспиральная (МСКТ) и конусно-лучевая (КЛКТ) компьютерная томография.
Мультиспиральная компьютерная томография − метод сканирования тела, при котором используется сразу несколько элементов улавливания рентгеновских волн, проходящих по спирали через обследуемые участки.
Конусно-лучевая компьютерная томография − метод объёмной КТ, при котором используется техника конусного луча вместо традиционного веерного.
В ходе исследования при использовании мультиспирального и конусно-лучевого томографов были рассмотрены и сравнены несколько объектов.
Оснащение и оборудование, использованное в работе
• Магнитно-резонансный томограф
• Программа для просмотра и анализа медицинских изображений стандарта DICOM
• Компьютерная программа, предназначенная для медиапланирования, Galileos viewer
Результаты
1. Компьютерная томография является одним из прогрессивных методов современной диагностики, которая позволяет получить снимок определённой части тела человека.
2. При использовании КТ фиксируются мельчайшие изменения поглощаемости лучей, что, в свою очередь позволяет увидеть то, что не видно на обычном рентгеновском снимке.
3. С помощью шкалы Хаунсфилда (количественная шкала рентгеновской плотности (радиоденсивности – интенсивности изображения от белого до чёрного)), можно определить месторасположение и структуру исследуемого органа.
4. Мультиспиральная компьютерная томография позволяет исследовать большое число объектов независимо от их структуры и плотности. Позволяет исследовать все органы тела в статическом и динамическом состоянии.
5. Конусно-лучевая компьютерная томография имеет меньшую лучевую нагрузку на организм, чем мультиспиральная, следовательно, её можно использовать чаще для диагностики заболеваний.
Перспективы использования результатов работы
Сотрудничество с вузом при создании работы
ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России, кафедра лучевой диагностики и лучевой терапии.
Награды/достижения
Особое мнение
Рабочие дни: 08:00—23:00;
Выходные дни: 09:00—21:00
подбор оптимальной клиники и запись на обследование
запись по всем районам города
скидки при записи через нас
Городская служба записи на МРТ и КТ исследования
в Санкт-Петербурге
Рабочие дни: 08:00—23:00;
Выходные дни: 09:00—21:00
подбор оптимальной клиники и запись на обследование
запись по всем районам города
скидки при записи через нас
История КТ
Метод компьютерной томографии имеет хоть и довольно непродолжительную (около одного столетия), но очень насыщенную и стремительную историю. Начнем наш рассказ с того, какими были предпосылки к развитию КТ в 19 и начале 20 века.
Одним из первых аналогов томографии был метод изучения взаимного расположения органов хирургами, который разработал Н.И. Пирогов. Данный способ получил название топографической анатомии и заключался в изучении замороженных трупов, которые для этого послойно разрезались в разных плоскостях. Разумеется, предложенную Пироговым процедуру сложно сравнивать с современной томографией, однако такие послойные изображения человеческого организма были предпосылками к созданию технологии лучевого метода исследования.
До широкого распространения КТ в нейрохирургии использовались предложенные У. Денди в 1918 и 1919 годах методы вентрикулографии и пневможнцевалографии, которая позволила визуализировать внутричерепные образования с помощью Х-лучей. Поскольку оба диагностических способа были инвазивными, несли целый ряд рисков здоровью пациентов, после внедрения КТ они перестали использоваться в медицинской практике.
Итак, когда же начинает свою историю компьютерная томография? Давайте перенесемся в начало двадцатого века, когда в 1917 году австрийский математик И. Радон разработал первые математические алгоритмы для КТ. Ученый предложил метод обращения интегрального преобразования, благодаря которому стало возможным восстанавливать первоначальную функцию, зная её преобразование. Стоит отметить, что в тот период работа Радона не была замечена исследователями и была забыта современниками.
Поскольку основой работы компьютерного томографа является воздействие рентгеновским излучением на организм человека, стоит отметить, что в 1895 г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл проникающие “Х-лучи”, которые позже в России были названы в его честь — “рентгеновские”. За свое открытие ученый был удостоен первой в истории физики Нобелевской премии в 1901 году.
В двадцатые годы французским врачом Бокажем был изобретен и запатентован томографический механический сканер, который оставлял на рентгенограмме неразмытым только определенный слой организма. Этот способ получил название рентгеновской планиграфии, позднее было названо классической томографией.
Немного спустя, в 1930 году А. Валлебона изобрел принцип послойного рентгенологического исследования, а в 1934 г. В.И. Феоктистов сконструировал первый рентгеновский томограф. Несколькими десятилетиями позже, в 1963 году американский физик А. Кормак решил задачу томографического восстановления, однако осуществил это отличным от Радона способом.
В настоящее время компьютерный томограф является сложным программно-техническим комплексом, в котором имеются сверхчувствительные детекторы для регистрации рентгеновского излучения, рентгеновские излучатели, обширный пакет программного обеспечения, который позволяет выполнять весь спектр исследований и производить последующую обработку данных и их анализ.
С точки зрения математики построение изображения в современных аппаратах сводится к решению огромного количества линейных уравнений, поэтому для решения подобных задач были разработаны специальные методы, которые ориентированы на параллельные вычисления.
Развитие компьютерных томографов связано с увеличением числа детекторов, другими словами – с увеличением количества одновременно собираемых проекций. Так, самые первые аппараты первого поколения, которые появились в 1973 году, были пошаговыми. В томографе была всего одна рентгеновская трубка, которая была направлена на один детектор. Один оборот позволял получить изображение одного слоя. Во втором поколении томографов за основу брался веерный тип конструкции, при котором напротив трубки устанавливалось несколько детекторов. Время обработки изображения занимало не 4-5 минут, как в случае аппаратов первого поколения, а значительно меньше - порядка 20 секунд.
Третье поколение КТ-аппаратов ввело термин спиральной компьютерной томографии. История спиральной КТ берет свое начало с 1988 года, когда компанией Siemens Medical Solutions был предложен первый спиральный томограф. Принцип работы аппарата основан на одновременном вращении рентгеновской трубки, которая генерирует излучение, и непрерывного движения стола, на котором лежит пациент, вокруг продольной оси сканирования. При такой комбинации траектория движения трубки относительно направления движения стола принимает форму спирали. Такая технология сделала возможным сократить время исследования и уменьшить лучевую нагрузку на организм пациента.
В 2005 году компанией Siemens Medical Solutions был представлен томограф в двумя источниками рентгеновского излучения. И хотя теоретические предпосылки для его создания были в конце 70-х годов прошлого столетия, на тот момент времени технически из реализовать не представлялось возможным. Разработка данного прибора имела большое значение для изучения и наблюдения за работой объектов, находящихся в быстром и постоянном движении (к примеру, сердца), поскольку использование двух трубок позволило получать изображения сердца независимо от частоты его сокращений. Еще одним преимуществом данного томографа является способность рентгеновских трубок работать в разных режимах тока и напряжения, что делает возможным дифференцировать и исследовать объекты с разной плотностью, близко расположенные друг к другу (например, при контрастировании образований и сосудов, находящихся рядом с костями).
Компьютерная томография позволяет быстро и точно проводить исследования головного мозга, позвоночника, суставов, гортани, придаточных пазух носа, ключицы, челюстей, зубов, легких, печени, желудка, кишечника, почек, надпочечников, селезенки, органов малого таза, костных, хрящевых структур, артерий, вен, сосудов головы, шеи, сердца. Благодаря компьютерной томографии стало возможным с высокой степенью достоверности диагностировать опухолевые образования, кисты, возможные метастазы, воспаления, инфекции, переломы, вывихи, подвывихи, ушибы, прочие травмы опорно-двигательного аппарата, васкулиты, абсцессы, саркоидоз, лимфогранулематоз, пневмонии, туберкулез, желчнокаменную болезнь, язвенную болезнь, цирроз печени, гепатит, панкреатит, аппендицит, аномалии развития органов, наличие жидкости, крови, гноя в полостях, кровоизлияния, патологии сосудов и прочие нарушения структур организма.
В настоящее время в медицинской практике метод КТ имеет огромное значение: в нейрохирургии, онкологии, травматологии, гинекологии, нефрологии, эндоскопии, хирургии, урологии, стоматологии и прочих областях.
Сегодня компьютерная томография считается сравнительно простым, доступным и повсеместно используемым диагностическим методом.
Принцип получения изображений
Компьютерная томография базируется на рентгеновском излучении и его детектировании. Это особый вид электромагнитного излучения, которое способно проходить через непрозрачные для обычного света среды. Нужно помнить, что это излучение:
- ослабляется в среде (тканях) тем больше, чем плотнее среда, сквозь которую они прошли;
- имеет непрямой ионизирующий эффект, то есть отрыв электронов от атомов вещества, через которое проходит рентген-излучение, что и обуславливает лучевую нагрузку на пациента при исследовании;
Рисунок 1 | Направление рентгеновского луча в компьютерном томографе.
В современном компьютерном томографе рентгеновская трубка совершает спиральное вращение вокруг тела пациента в аксиальной плоскости, постоянно генерируя излучение. Если точнее, трубка вращается по кругу, и одновременно с этим непрерывно смещается вперед или назад стол с пациентом.
При этом пучок излучения сформирован в виде тонкого веера — широкий по оси у, узкий по оси z. Проходя сквозь тело пациента, рентгеновское излучение ослабляется соответственно плотности ткани, через которую оно прошло, затем попадает на детекторы и регистрируется.
А дальше начинается именно то, за что Аллан Кормак и Годфри Хаунсфилд получили Нобелевскую премию в 1979 году: на основе имеющихся данных о том:
- какое количество излучения покинуло рентгеновскую трубку;
- какое количество излучения зарегистрировалось детекторами;
- и где находилась трубка и детекторы в каждый момент времени происходит реконструкция и построение изображений с помощью итеративных алгоритмов.
Шкала Хаунсфилда
Во время реконструкции изображения каждому пикселю приписывается числовое значение, выраженное в единицах ослабления, или единицах Хаунсфилда, которое определяется тем, насколько ослабляется луч, проходя через данный воксель (единицу объема) — проще говоря, эта шкала показывает примерную плотность вещества.
Рисунок 3 | Шкала Хаунсфилд.
Для визуальной оценки КТ-изображений важны настройки окна. Дело в том, что человеческий глаз не способен различить несколько тысяч оттенков серого, и, чтобы различить близкие по значению плотности, но все же разные структуры, изображение рассматривают в определенном окне. Например, ширина костного окна — 2000 HU, уровень — 500 HU. Это значит, что структуры плотностью 500 HU отобразятся на экране в виде средне-серого цвета, значениям 500 HU до –500 HU будут присвоены оттенки от средне- до очень темно-серого, а структуры плотностью ниже –500 будут отображены слишком темными, чтобы четко их дифференцировать. Структуры плотность выше 1500 HU будут, соответственно, слишком светлыми.
Обработка данных
Еще один важный параметр реконструкции изображения — толщина среза. Его минимальное значение определено параметрами сканирования (проще говоря, толщиной луча). Тонкие срезы используются там, где нужно визуализировать множество мелких контрастных структур — например, при томографии височной кости. Однако чем тоньше срезы, тем больше время сканирования и лучевая нагрузка на пациента.
Для дальнейшей удобной работы с полученными после первичной обработки исходными данными в КТ применяют инструменты постпроцессинга. Наиболее частые — это мультипланарная реконструкция (MPR), позволяющая из аксиальных сканов построить коронарные и саггитальные изображения.
Проекция максимальной интенсивности (MIP) строится таким образом: для каждой координаты XY представлен только пиксель с наивысшим номером Хаунсфилда вдоль оси z, так что в одном двумерном изображении наблюдаются все самые плотные структуры в данном объеме. MIP используют для визуализации костных структур или контрастированных сосудов.
Рисунок 8 | Аксиальный КТ-скан (слева), корональная (вверху) и саггитальная (внизу) мультипланарные реконструкции.
Рисунок 9 | Использование MIP для просмотра ангиографии сосудов легких.
Рисунок 10 | 3D-реконструкция КТ органов брюшной полости и малого таза.
Использование контрастных веществ
Для большинства исследований в КТ используют контрастные вещества (КВ) — вещества, содержащие йод и повышающие значения плотности среды, в которой находятся. В настоящее время выделяют ионные и неионные, мономерные и димерные йодсодержащие рентгеноконтрастные средства. Ионные КВ имеют повышенную осмолярность и в настоящее время не рекомендованы для парентерального контрастирования из-за высокой частоты побочных эффектов. Ионные КС могут быть использованы для перорального контрастирования, сиалографии (контрастирования слюнных желез) и т.д.
Рисунок 11 | КТ-сканы органов брюшной полости с пероральным контрастированием кишечника (стрелкой показан дивертикул стенки кишечника).
Существуют различные методики КТ-исследования с помощью контрастного препарата.
Рисунок 12 | Трехфазная контрастная КТ пациента с гигантской гемангиомой печени: нативная (бесконтрастная) фаза вверху слева; вверху справа — артериальная фаза; внизу слева — портовенозная фаза; внизу справа — отсроченная (5 мин).
Рисунок 13 | Трехфазная контрастная КТ пациента с простой кистой почки: нативная фаза — вверху слева; вверху справа — кортикальная почечная фаза; внизу слева — паренхиматозная фаза; внизу справа — экскреторная.
Учитывая накопление КВ в определенных фазах, характер этого накопления, а также размеры, расположение и структуру образования, рентгенолог делает предположение о характере образования. Внутривенное контрастирование используется также для проведения КТ-ангиографии.
Рисунок 14 | КТ-аортография у пациента с диссекцией аорты.
Рисунок 15 | КТ-ангиография артерий головного мозга у пациента с болезнью МояМоя (3D-реконструкция).
Перфузионная КТ используется чаще всего для диагностики нарушений мозгового кровообращения и нарушений перфузии миокарда, а также для оценки раннего ответа на химиотерапию. Эта методика позволяет отграничить зону некроза от пенумбры — зоны обратимой ишемии. Перфузионная КТ может быть выполнена на любом мультиспиральном компьютерном томографе, однако, чем больше он имеет детекторов, тем большую зону можно охватить при сканировании. Начальным этапом выполнения перфузионной КТ является нативное сканирование для исключения геморрагии, а также для выявления иной патологии головного мозга. Перфузионная КТ выполняется после внутривенного болюсного введения 40–50 мл контрастного препарата и 2030 мл физиологического раствора со скоростью 5 мл/с. После внутривенного болюсного введения контрастного препарата выполняются многократные сканирования на одном или нескольких уровнях, следующие друг за другом с минимальными промежутками времени или при непрерывной работе рентгеновской трубки. Общая длительность перфузионного исследования составляет около 1 минуты. Для получения графика контрастного усиления (зависимость плотности в единицах Хаунсфилда от времени) для каждого воксела в зоне интереса необходимо зарегистрировать множественные фазы и находить зоны, где скорость кровотока и времени транзита контрастного препарата не соответствуют объему кровотока, что и будет показателем обратимой ишемии.
Правила чтения томограмм
Можно выделить несколько основных факторов, затрудняющих чтение томограммы:
О последних поговорим подробнее.
Один срез на экране представляет собой плоскостное изображение, построенное из пикселей. Однако нужно помнить, что одному пикселю на экране соответствует трехмерный воксель в реальной жизни и толщина этого вокселя соответствует толщине среза.
Допустим, в срез попала структура, которая на всей толщине среза имеет приблизительно одинаковую ширину, например, сосуд. В данном случае проблем не возникает, и структура будет иметь на сканах четкие контуры.
Но что, если срез пришелся на край позвонка? В воксель попала часть позвонка и часть межпозвоночного диска. Они имеют разную плотность и немного разные размеры. Полученные от вокселей данные суммировались, и в результате на скане появляется структура с нечеткими контурами, плотность которой представляется средней между плотностью позвонка и диска.
Еще один пример: округлой формы образование или лимфоузел. При сканировании в срез попадает часть лимфоузла, остальное — окружающая жировая клетчатка. На скане мы увидим нечеткую округлую структуру, а если захотим измерить ее плотность, значения будут средними между реальной плотностью узла и плотностью жира.
Рисунок 16 | Эффеты частного объема.
Исходя из сказанного, можно дать несколько советов врачу или студенту, который осмелился открыть диск с КТ-исследованием пациента (или сесть за рабочую станцию радиолога) и проанализировать его самостоятельно:
А потому — главное правило: оценивайте изменения комплексно. Отмечайте не только изменение плотности, но и форму, объем, структуру органа; положение, форму, распространенность, контуры и структуру найденного образования и паттерн контрастного накопления. Сопоставляйте обнаруженные изменения с данными анамнеза и лабораторных исследований пациента. И помните, что любой метод имеет ограничения.
Компьютерная томография, или КТ - это метод исследования, который позволяет получить изображение внутренних органов с помощью их просвечивания рентгеновскими лучами. Оно проводится для выявления различных заболеваний (от аневризмы аорты до воспаления поджелудочной железы), определения стадии рака или контроля за выполнением процедур (например, положения иглы при биопсии).
При проведении КТ пациент лежит на специальном столе в КТ-сканере, который имеет форму большого кольца. Вращающийся сканер пропускает через исследуемую часть тела тонкий рентгеновский луч под разными углами. Разные по плотности ткани по-разному ослабляют рентгеновское излучение; полученные данные анализируются, и с помощью математической и визуальной реконструкции получается цифровое изображение объекта. Чтобы оно было четче, часто используются контрастные вещества с йодом - они вводятся в кровоток через вену или непосредственно в область исследования.
Обычная рентгенография чаще используется для диагностики костей и суставов на предмет трещин или переломов, и представляет собой однократное линейное сканирование - пучок лучей однократно проходит через исследуемую область. КТ же, напротив, чаще применяется для мягких тканей и сканирует нужный орган в разных плоскостях, под разными углами. Это позволяет дифференцировать ткани, различая структуры с минимальной разницей в плотности (до 0,1%).
История создания
История КТ начинается в 1895 году, когда немецкий физик Вильгельм открыл новый вид лучей - сейчас мы знаем его как рентгеновское излучение. В 1917 году австрийский математик Иоганн Радон вывел интегральное преобразование функции многих переменных. В 1937-м польский математик Стефан Качмаж развил его и разработал способ нахождения приблизительного решения большой системы линейных алгебраических уравнений. На основе этой методики и был сделан первый коммерческий КТ-сканер.
Но ни в 10-е, ни в 30-е годы еще не было условий для создания компьютерной томографии. В 1959 году американский невролог Уильям Олдендорф выдвинул идею о том, что можно сканировать голову человека с помощью рентгеновских лучей, а затем реконструировать рентгеноконтрастность слоев. Эта мысль пришла к нему после того, как он увидел в работе аппарат для выбраковывания фруктов - тот определял наличие подмороженных частей.
Он даже построил прототип КТ-сканера и получил патент на “излучающий аппарат для изучения выбранных зон внутренних объектов, скрытых плотным материалом”. Однако первый коммерческий аппарат построили в 1971 году американский физик Аллан Кормак и британский инженер Годфри Хаунсфилд. Вернее, построили еще в 1969-м, но тогда устройству требовалось много доработок. Существует легенда, что финансирование томографа обеспечила группа “Битлз”. Хаунсфилд работал в крупной звукозаписывающей компании EMI, которая заключила контракт с тогда еще малоизвестными “Битлами”. Пластинки начали продаваться огромными тиражами, и EMI направила часть неожиданно высокой прибыли на доделку сканера.
Первый КТ-сканер был установлен в больнице Аткинсон Морли в Лондоне. Первое исследование - компьютерная томография мозга - было проведено 1 октября 1971 года.
В 1975 году Хаунсфилд и Олдендорф получили премию Ласкера за изобретение томографа, а в 1979-м Хаунсфилд и Кормак удостоились Нобелевской премии по медицине.
С 1970-х годов технология компьютерной томографии значительно шагнула вперед. Увеличилась скорость сканирования, число исследуемых слоев, улучшилось качество изображения. Появилась КТ с двумя источниками излучения, КТ с рентгеноконтрастным усилением.
В 2008 году компания Siemens представила новое поколение сканеров, которые могут составлять изображение менее чем за секунду - это достаточно быстро, чтобы получать четкие картинки бьющегося сердца и коронарных артерий. Вернуться к статьям
Читайте также: