Принцип томографии ее виды реферат

Обновлено: 05.07.2024

Представлены данные об истории возникновения метода магнитно-резонансной томографии (МРТ), принципах формирования МРТ-изображений, устройстве МР-сканера, процессе МРТ-сканирования и используемых импульсных последовательностях, преимуществах и недостатках МРТ по сравнению с рентгеновской компьютерной томографией, о биологическом действии магнитных полей и противопоказаниях к проведению МРТ, использовании контрастных веществ, а также методике МРТ всего тела с диффузионно-взвешенным исследованием.

Явление ЯМР в жидкостях и твердых телах открыли в 1946 г. независимо друг от друга американские исследователи Ф. Блох и Э. Пурселл, получившие за это в 1952 г. Нобелевскую премию по физике. В 1972 г. американец П. Лаутербур получил первое в мире двухмерное МР-изображение двух стеклянных капилляров, заполненных жидкостью. На получение этого изображения ушло 4 ч 45 мин. Первое МРТ-изображение человека (пальцы кисти) было представлено П. Мэнсфилдом в Лондоне в 1976 г. На сканирование уходило уже от 15 до 23 мин.

За изобретение метода МРТ П. Лаутербуру и П. Мэнсфилду присуждена Нобелевская премия по медицине в 2003 г.

В настоящее время МРТ является одним из основных томографических методов лучевой диагностики в медицине, во многих случаях превосходящим рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) по диагностической эффективности.

Принципы формирования МРТ-изображений

Метод МРТ основан на измерении отклика атомов водорода на возбуждение их определенной комбинацией электромагнитных волн (РЧ-импульсами) в постоянном магнитном поле [3]. Почему в клинической МРТ основную роль в формировании изображений играет водород? Для этого имеются две основные причины: I) большая распространенность водорода в организме человека — он входит в состав молекул воды (Н20), из которой на 2/3 состоит тело человека, а также в состав белков, жиров и углеводов (химические группы СН2 и др.); 2) большой магнитный момент, то есть способность выстраиваться вдоль внешнего магнитного поля. Ядро атома водорода состоит из заряженной частицы (протона) и нейтральной частицы (нейтрона). Положительно заряженный протон обусловливает наличие у водорода магнитных свойств.

Формирование МРТ-изображения включает следующие основные этапы.

1. Сканируемый объект помещается во внешнее постоянное магнитное поле, в котором протоны водорода приобретают продольную, то есть совпадающую по направлению с внешним магнитным полем, намагниченность.
2. В объект подаются кратковременные РЧ- импульсы, обусловливающие отклонение намагниченности в заданную плоскость. В типичном случае используют 90° РЧ-импульс, отклоняющий намагниченность в поперечную плоскость.
3. После прекращения воздействия РЧ-импульса намагниченность начинает возвращаться в исходное положение, что называют релаксацией. При этом сканируемым слоем испускается РЧ-сигнал, улавливаемый МР-сканером и преобразуемый в изображение.

Кроме постоянного и РЧ магнитного полей в МРТ используют еще одно магнитное поле — градиентное. 0но служит для выделения слоя — выбора плоскости сканирования и толщины среза. В отличие от КТ, при которой томограмму можно получить только в плоскости механически вращающихся вокруг пациента рентгеновской трубки и детектора излучения (в большинстве случаев это трансверсальная плоскость), при МРТ плоскость сканирования определяется направлением приложения градиентного магнитного поля и может быть любой — трансверсальной, сагиттальной, коронарной или наклоненной к ним (рис. I).

Основные компоненты МР-сканера

Основными компонентами МР-сканера являются магнит, радиочастотная и градиентная системы, стол пациента и компьютер для управления процессом сканирования и реконструкции изображений (рис. 2) [2].

Магнит создает внешнее постоянное магнитное поле, основной характеристикой которого является напряженность или сила, выражаемая в Теслах (Тл). По силе магнитного поля МР-томо- графы разделяют на низкопольные (менее 0,5 Тл), среднепольные (0,5—1,0 Тл), высоко- польные (1,0—2,0 Тл) и сверхвысокопольные (более 2,0 Тл). В клинической практике наиболее распространены томографы с напряженностью 1,5 Тл, которые в настоящее время считаются оптимальными по соотношению качества изображений, функциональных возможностей сканера и цены. Все более распространенными становятся сканеры с напряженностью 3 Тл. В последние годы началась клиническая эксплуатация аппаратов с напряженностью 7 Тл (рис. 3). Консорциум Европейских компаний и университетов проводит работы по созданию МР-томографа с напряженностью 11,7 Тл, которые должны быть завершены в 2016 г.

Преимуществом свервысокопольных сканеров является более высокая детализация изображений, что особенно важно для нейровизуализации. К недостаткам относится увеличение количества энергии, передаваемой сканируемому объекту, что требует соблюдения определенных предосторожностей. Кроме этого, сложнее создать полную однородность магнитного поля, что может снизить качество изображений при некоторых исследованиях (например, с подавлением сигнала от жира).

В зависимости от конструкции магниты разделяют на закрытые (см. рис. 2) и открытые. В первом случае томограф имеет туннель, в который помещается сканируемый объект в положении лежа. Преимуществом открытых магнитов является отсутствие туннеля, что делает условия сканирования более комфортными для пациента и позволяет проводить интервенционные вмешательства. Одна из разновидностей МР-сканеров с магнитом открытого типа позволяет проводить обследование пациента в положении сидя или стоя, то есть в условиях физиологической нагрузки на позвоночник. Недостаток открытых магнитов — меньшая напряженность магнитного поля (в настоящее время не более 1,2 Тл). С технической точки зрения магниты бывают постоянного, резистивного и сверхпроводящего типов. В высокопольных МР-сканерах используются магниты сверхпроводящего типа, предусматривающие охлаждение жидким гелием.

РЧ и градиентное магнитные поля создаются с помощью специальных приспособлений, называемых катушками. РЧ-катушки отвечают за передачу и прием из сканируемого объекта РЧ-сигналов (рис. 4). Для сканирования определенной анатомической зоны используют специально предназначенные для нее РЧ-катушки, которые могут быть съемными (например, для сканирования головного мозга, брюшной полости, коленного сустава) или встроенными в стол пациента (для сканирования позвоночника) или в обшивку магнита (для сканирования всего тела). Градиентные катушки встроены в обшивку магнита.

Контраст МР-изображений и основные импульсные последовательности

В отличие от КТ, при которой плотность тканей может быть измерена в единицах Хаунсфилда, при МРТ говорят об интенсивности сигнала, которую не принято оценивать количественно, так как она существенно варьирует в зависимости от большого количества факторов [2, 4]. Интенсивность сигнала (контраст тканей) в МРТ определяется в основном четырьмя параметрами:
1) протонной плотностью (количество протонов в исследуемой ткани);
2) временем продольной релаксации тканей (обозначается как время Т1);
3) временем поперечной релаксации тканей (время Т2);
4) движением или диффузией исследуемых структур.

В каждом МР-изображении присутствует контраст, обусловленный как протонной плотностью, так и Т1- и Т2-релаксацией. В зависимости от их соотношения говорят о Т1-взвешенных изображениях (Т1-ВИ), Т2-взвешенных (Т2-ВИ) или об изображениях протонной плотности (PD), которые также называют средневзвешенными.

Специально разработанные импульсные последовательности (ИП) определяют вклад того или иного параметра в интенсивность сигнала изображения для получения оптимального контраста между нормальными и патологическими тканями [5]. ИП — это набор радиочастотных и градиентных импульсов заданной формы, амплитуды и интервала между ними, многократно повторяемых во время сканирования и определяющих контраст МР-изображений. Другими словами, ИП — это компьютерная программа, управляющая МР-сканером в процессе сканирования.

Основными техническими параметрами ИП являются время повторения (TR), время эха (ТЕ), время инверсии (TI), угол отклонения.

Используемые в клинической практике ИП можно схематически разделить на следующие группы:
• спин-эхо;
• турбоспин-эхо — быстрое спин-эхо;
• градиентное эхо — еще более быстрые ИП;
• инверсия-восстановление:
FLAIR— подавление сигнала от свободной жидкости (темная жидкость); STIR — подавление сигнала от жира;
• МР-ангиография (МРА):
без внутривенного (в/в) введения контрастного вещества (КВ): время-пролетная МРА (ToF-МРА); фазово-контрастная МРА; с в/в введением КВ (контрастно-усиленная МРА);
• эхопланарная визуализация — сверхбыстрые ИП:
диффузионно-взвешенная МРТ (диффузи- онно-взвешенное исследование — ДВИ) и ее разновидность — диффузионная тензорная МРТ (трактография); перфузионная МРТ — с болюсным в/в контрастным усилением; функциональная МРТ (фМРТ);
• МР-спектроскопия (МРС):
одновоксельная; мультивоксельная.

Для того чтобы отличить Т2-ВИ от Т1-ВИ можно использовать следующие способы. Во-первых, на Т2-ВИ вода имеет повышенный сигнал (белая), а на Т1-ВИ — сниженный (темная) (рис. 5). Обычно оценивают интенсивность сигнала спинномозгового ликвора. Во-вторых, можно обращать внимание на значения параметров TR и ТЕ. Так, при использовании спинэховых и турбо-спинэховых ИП эти параметры обычно составляют для Т2-ВИ — TR более 1600 мс, TE более 60 мс; для Т1-ВИ — TR 300— 600 мс, TE 10—20 мс; для изображений протонной плотности — TR более 2000 мс, TE 20 мс.

Считается, что Т2-ВИ по своей контрастности наиболее информативны для выявления патологии — большинство опухолей имеют повышенное содержание воды и поэтому на Т2- ВИ характеризуются повышенным сигналом.

Т1-ВИ позволяют установить серозную (сниженный сигнал) или геморрагическую (в подостром периоде — повышенный сигнал) природу жидкостных образований, а также используются для оценки контрастного усиления после в/в введения содержащих гадолиний КВ. Изображения протонной плотности хорошо визуализируют суставной хрящ и наиболее широко используются при МРТ суставов [6].

МРТ-сканирование обычно включает получение Т2-ВИ и Т1-ВИ в одной или нескольких плоскостях, при необходимости — Т1-ВИ после в/в введения КВ и ряд дополнительных ИП. Получение каждой серии изображений занимает от 1 до 7 мин, в среднем — 2—3 мин. В итоге общая длительность МРТ-сканирования составляет в среднем 20—40 мин, а в некоторых случаях может достигать 1 ч и более. Необходимо отметить, что контрастная разрешающая способность, пространственная разрешающая способность (толщина среза) МР-изображений и длительность сканирования имеют обратную связь друг с другом — так называемый Бермудский треугольник. Это означает, что для получения более контрастных и трехмерных (тонкие срезы) изображений требуется больше времени. Поэтому до начала МРТ-исследования необходимо четко понять стоящие перед ним задачи, чтобы определить оптимальный с точки зрения качества изображений и длительности сканирования протокол исследования.

Преимущества и недостатки МРТ по сравнению с КТ

Как и КТ, МРТ является неинвазивным томографическим методом лучевой диагностики. К преимуществам МРТ относятся:
1) более высокая контрастная разрешающая способность. Например, при МРТ очаги в головном мозге нередко визуализируются лучше, чем при КТ; фибромиома матки при КТ не отличается по плотности от тканей матки, при МРТ— имеет сниженный сигнал на Т2-ВИ и четко визуализируется; суставной хрящ хорошо визуализируется на МРТ-изображениях в отличие от КТ;
2) отсутствие ионизирующего излучения, что позволяет проводить МРТ всего тела и повторять исследование в динамике, что особенно важно в онкологии для стадирования злокачественных опухолей и оценки эффективности лечения;
3) отсутствие артефактов от костной ткани — преимущество при оценке базальных отделов головного мозга;
4) естественный контраст от движущейся крови — исследование сосудов без в/в контрастирования;
5) исследование функции органов: измерение скорости кровотока, уровня диффузии в тканях с помощью ДВИ, метаболизма тканей с помощью МРС, визуализация активации коры головного мозга с помощью фМРТ.

Одним из преимуществ МРТ ранее считали возможность сканирования в любой плоскости, а не только в аксиальной, как при КТ. Однако с появлением многосрезовых КТ-сканеров стало возможным получение тонких аксиальных КТ- срезов с последующей реконструкцией изображений в любой плоскости.

К основным недостаткам МРТ по отношению к КТ относятся:
1) более длительное сканирование, что может стать причиной двигательных артефактов и снижает пропускную способность аппарата;
2) недостаточная визуализация легочной ткани — воздух не создает МР-сигнала, но визуализируется легочный интерстиций;
3) невозможность надежного выявления кальцификатов, некоторых видов патологии костных структур— кальций не дает МР-сигнала, визуализируется костный мозг, а не костная ткань;
4) подверженность МР-изображений артефактам, в том числе за счет неоднородности магнитного поля;
5) невозможность обследования пациентов с клаустрофобией, искусственными водителями сердечного ритма, наличие других противопоказаний;
6) высокая стоимость оборудования и его эксплуатации.

Учитывая сказанное, МРТ имеет преимущества перед КТ при визуализации головного и спинного мозга, органов таза, суставов [6, 7].

При патологии легких, для диагностики ряда заболеваний костных структур, а также у пациентов, которые не могут длительно и осознанно соблюдать неподвижность во время сканирования, предпочтительнее выполнять КТ. При МРТ брюшной полости может потребоваться многократная задержка дыхания, в случае неспособности пациента ее выполнять информативность исследования значительно снижается. При выборе метода обследования необходимо учитывать и другие факторы, такие как длительность сканирования и доступность соответствующего оборудования.

Биологическое действие магнитных полей и противопоказания к МРТ

Энергия, передаваемая объекту электромагнитным излучением, пропорциональна его частоте. Используемые в МРТ радиоволны имеют частоту порядка 107 Гц, в то время как рентгеновское излучение— 101W Гц. Из этого следует, что рентгеновские лучи передают тканям гораздо больше энергии, чем радиоволны, частота которых даже ниже, чем у видимого света. В этой связи метод МРТ считается безопасным для человека, однако имеет ряд ограничений. Магнитное поле сканера с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл в 30 000 раз сильнее магнитного поля Земли. Поэтому МРТ противопоказана при наличии у пациента кардиостимулятора (его работа может нарушаться с потенциальной угрозой для жизни) и других электронных имплантированных устройств, ферромагнитных интракраниальных аневризмальных клипс, инородных металлических тел в орбитах (угроза смещения и повреждения тканей).

Не рекомендуется проводить МРТ в первые 3 мес беременности по причине неизученности возможного влияния на плод.

Несъемные металлические зубные коронки, протезы суставов, немагнитные (титановые, танталовые, из нержавеющей стали, биодеградабельные) стенты и аневризмальные клипсы не опасны для проведения МРТ спустя 2—4 нед после их установки. Вместе с тем металлические имплантаты, находящиеся в зоне сканирования, вызывают артефакты, создающие сложности для интерпретации результатов исследования. МРТ невозможно провести при наличии у пациента боязни замкнутого пространства (клаустрофобия), которая встречается не более чем у 4% населения. У маленьких детей (обычно в возрасте до 5 лет) исследование проводится в состоянии медикаментозного сна.

Перед началом исследования пациент заполняет анкету с вопросами о возможных противопоказаниях. Снимаются любые металлические украшения, предметы и элементы одежды. Другой специальной подготовки к МРТ обычно не требуется.

Использование контрастных веществ при МРТ

При МРТ используют КВ на основе редкоземельного элемента гадолиния (омнискан, магневист, оптимарк, гадовист и др.), которые вводят струйно в локтевую вену в дозе 0,2 мл/кг массы тела пациента (гадовист— 0,1 мл/кг). В ряде случаев, например при перфузионной МРТ и МРТ молочных желез, рекомендуется болюсное введение, то есть с помощью автоматического инжектора.

После в/в введения препарат проникает через поврежденный гематоэнцефалический барьер (при злокачественных опухолях, ишемии, инфекционно-воспалительных и демиелинизирующих заболеваниях головного мозга), а также накапливается в нормальных и патологических экстракраниальных тканях.

Для оценки контрастного усиления проводят сканирование с использованием Т1-ВИ, на которых патологические образования приобретают повышенный сигнал. В онкологии использование МР-КВ играет важную роль как при определении распространенности опухолевого процесса, так и при контроле эффективности лечения [6]. У беременных женщин использование содержащих гадолиний КВ допускается лишь в случае крайней необходимости, поскольку КВ проникает через плаценту и может накапливаться в амниотической жидкости. У кормящих грудью женщин ограничения для в/в контрастирования при МРТ не установлены [9].

Еще одной группой МР-КВ являются наночастицы железа оксида. Показана высокая эффективность их использования для диагностики метастазов в лимфатических узлах. В отличие от гадолиниевых препаратов частицы железа оксида вызывают снижение сигнала от нормальных тканей лимфоузла на Т2-ВИ. В настоящее время данные препараты не представлены на рынке.

Как отмечалось выше, МРТ является нерадиационным безопасным методом обследования пациентов, что с учетом высокой контрастной разрешающей способности делает его весьма подходящим для сканирования всего тела, особенно в онкологии.

Программа сканирования всего тела может отличаться в зависимости от технических возможностей МР-сканера, опыта и предпочтений врача-диагноста, но обычно включает Т2-ВИ и Т1-ВИ в коронарной плоскости, ДВИ в трансверсальной плоскости. Преимущество ДВИ особенно очевидно у онкологических пациентов — первичные и метастатические злокачественные опухоли имеют повышенный сигнал на фоне подавления сигнала от нормальных тканей, что делает ДВИ-изображения подобными на изображения позитронной эмиссионной томографии (рис. 6). При ДВИ не требуется в/в введение КВ, то есть методика является абсолютно неинвазивной.

Заключение

МРТ является высокоинформативным и безопасным томографическим методом лучевой диагностики. По сравнению с КТ метод имеет ряд существенных преимуществ, обусловливающих более широкое его использование в клинической практике. Грамотное применение МРТ требует учета показаний и противопоказаний, а также адаптации протокола сканирования в соответствии с конкретной клинической задачей. Достаточно новой высокоинформативной методикой МРТ является ДВИ. Высокая контрастная разрешающая способность и отсутствие ионизирующего излучения делают метод МРТ- ДВИ особенно подходящим для исследования всего тела, особенно у пациентов с онкологическими заболеваниями.

Контактная информация:
Хоружик Сергей Анатольевич — к. м. н., доцент.

РНПЦ онкологии и медицинской радиологии
им. Н. Н. Александрова.
223040, а/г Лесной, Минский район;
сл. тел.: (+37517) 26S-56-81.
Конфликт интересов отсутствует.

Ключевые слова: диффузионно-взвешенное исследование, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография
Автор(ы): Хоружик С. А.
Медучреждение: РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. Александрова Минздрава Республика Беларусь

За последние годы метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) стал популярным методом формирования послойных изображений внутренней структуры органов. Это не случайно; метод МРТ прошел стремительный поэтапный цикл развития, начиная со дня открытия. Сегодня почти каждая больница или клиника для диагностики патологии имеет один или несколько МР сканеров, позволяющих получать более точные и четкие изображения внутренних органов. В настоящее время метод продолжает активно развиваться.

В сочетании с превосходным контрастным разрешением изображения, МРТ безопасна для человека, в пределах разумного, за счет использования радиоволн и магнитного поля, в отличие от рентгеновских и КТ исследований, применяющих рентгеновское излучение.

По мере распространения МРТ повышается потребность в более квалифицированном персонале. С разработкой каждого нового программного обеспечения управление МР сканером упрощается, но необходимость надлежащего понимания принципов работы МРТ остается. В МРТ используются такие совокупности параметров, как время повторения, время эхо, угол переворота, фазовое кодирование и др. Понимание этих параметров важно для получения качественных МР изображений.

томограф ядерный магнитный резонанс

Исследование МР томографии и устройство МР томографа.

Физические основы явления ЯМР

Диаграммы энергетических уровней

Стационарный МР метод

Вращающаяся система координат

Импульсные магнитные поля

Вычисление и вывод на экран

История МРТ начинается приблизительно в 1946 году, когда Феликс Блох открыл новые свойства атомного ядра, за что ему была присуждена Нобелевская премия. Он установил, что ядро ведет себя подобно магниту, а заряженная частица, такая как протон, вращающаяся вокруг собственной оси, имеет магнитное поле, известное как магнитный момент ядра. Открытие было сведено им в уравнение, названное уравнением Блоха. Теоретические исследования были подтверждены экспериментально в начале 1950-х годов. В 1960 году были разработаны спектрометры ядерно-магнитного резонанса для аналитических целей. На протяжении 1960 и 1970 годов ЯМР спектрометры широко использовались в академических и индустриальных исследованиях. Спектрометрия используется для анализа молекулярного строения вещества, основанного на его ЯМР спектре.

В конце 1960 годов Раймонд Дамадиан обнаружил, что злокачественная ткань отличается от нормальной ЯМР параметрами. Он предположил, что на основании этих различий можно характеризовать ткани. Опираясь на это открытие, в 1974 году он получил первое ЯМР изображение опухоли у крысы. В 1977 году Дамадиан и его помощники сконструировали первый сверхпроводящий ЯМР сканер и получили первое изображение тела человека, сканирование которого заняло почти 5 часов.

Одновременно Пол Лаутербур проводил подобные исследования в этой же области. Вопрос о том, кто же является родоначальником МРТ спорный, хотя, следует признать, что оба ученых внесли свой вклад.

Впоследствии в начале 1980 годов почти каждый производитель оборудования для получения медицинских изображений разрабатывал и производил МР сканеры. За изобретение метода МРТ в 2003 Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили Нобелевскую премию в области медицины. Томография позволяет визуализировать с высоким качеством головной, спинной мозг и другие внутренние органы. Современные методики МРТ делают возможным неинвазивно (без вмешательства) исследовать функцию органов — измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, определять уровень диффузии в тканях, видеть активацию коры головного мозга при функционировании органов, за которые отвечает данный участок коры (функциональная МРТ).

Изображение тела пациента, полученное с помощью рентгеновского излучения, малоинформативно, так как обладает низким общим контрастным разрешением. Чтобы увеличить контраст изображения, можно менять контраст среды, применяя контрастные вещества на основе бария или йода. С помощью КТ сканеров можно получить изображения с гораздо большим контрастом для обнаружения поражений мягких тканей.

В большинстве случаев МРТ предоставляет гораздо более широкие возможности для диагностики, чем компьютерная томография. Так, магнитно-резонансная томография позволяет получить изображения высокой точности структуры головного и спинного мозга .

Также магнитно-резонансная томография лучше, чем компьютерная диагностика, выполняет анализ состояния мягких тканей – мышц, связок, жировой ткани, и так далее. Заболевания и нарушения внутренних органов, суставов и костей также прекрасно определяются при МРТ диагностике, но вот состояние полых органов (легких, кишечника, желудка и т.д.) лучше проверять при помощи компьютерной томографии. Принцип МРТ основан на резонировании атомов водорода, а полости, таким образом, аппарату практически неподвластны. Однако при использовании специальной рентгеновской пленки пространственное разрешение рентгеновских изображений отличное. Это особенно полезно при исследовании структуры кости.

В этом случае пространственное разрешение МРТ уступает рентгену.

Вообще, рентген и КТ используются для визуализации структуры кости, тогда как МРТ полезна для обнаружения повреждений мягких тканей.

Исследование МР томографии и устройство МР томографа

Прежде всего, пациента помещают внутрь большого магнита, где имеется довольно сильное постоянное (статическое) магнитное поле, ориентированное в большинстве аппаратов вдоль тела пациента. Под воздействием этого поля ядра атомов водорода в теле пациента, которые представляют собой маленькие магнитики, каждый со своим слабым магнитным полем, ориентируются определенным образом относительно сильного поля магнита. Добавляя слабое переменное магнитное поле к статическому магнитному полю, выбирают область, изображение к. надо получить.

Затем пациента облучают радиоволнами, причем частоту радиоволн подстраивают таким образом, чтобы протоны в теле пациента могли поглотить часть энергии радиоволн и изменить ориентацию своих магнитных полей относительно направления статического магнитного поля. Сразу же после прекращения облучения пациента радиоволнами протоны станут возвращаться в свои первоначальные состояния, излучая полученную энергию, и это переизлучение будет вызывать появление электрического тока в приемных катушках томографа.

Соответственно этапам исследования основными компонентами любого МР томографа являются:

• магнит, создающий постоянное (статическое), так называемое внешнее,

• магнитное поле, в которое помещают пациента

• градиентные катушки, создающие слабое переменное магнитное поле в центральной части основного магнита, называемое градиентным, которое позволяет выбрать область исследования тела пациент

• радиочастотные катушки - передающие, используемые для создания возбуждения в теле пациента, и приемные - для регистрации ответа возбужденных участков

• компьютер, который управляет работой градиентной и радиочастотной катушек, регистрирует измеренные сигналы, обрабатывает их, записывает в свою память и использует для реконструкции МРТ.

Всякое магнитное поле характеризуется индукцией магнитного поля, которую обозначают В . ( [ B ] = 1 Тл )

В МРТ в зависимости от величины постоянного магнитного поля различают несколько типов томографов:

• со сверхслабым полем 0,01 Тл - 0,1 Тл

• со слабым полем 0,1 - 0,5 Тл

• с средним полем 0,5 - 1.0 Тл

• с сильным полем 1.0 - 2,0 Тл

• со сверхсильным полем >2,0 Тл

Физические основы явления ЯМР

Водород – не единственный элемент, который можно использовать для формирования МРТ изображений. Почти каждый элемент периодической таблицы имеет изотоп с ядерным спином, отличным от нуля.

ЯМР может быть представлен только на тех изотопах, чья встречаемость в природе достаточна велика для обнаружения. Можно применять любой элемент, который имеет нечетное число частиц в ядре. Вот некоторые элементы, которые могут использоваться.

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;

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.

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.

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.

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.

Существуют различные методики КТ-исследования с помощью контрастного препарата.

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.

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.

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.

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.

Принцип получения изображений

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.

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

Рисунок 3 | Шкала Хаунсфилд.

Обработка данных

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

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.

Рисунок 14 | КТ-аортография у пациента с диссекцией аорты.

Рисунок 15 | КТ-ангиография артерий головного мозга у пациента с болезнью МояМоя (3D-реконструкция).

Правила чтения томограмм

Можно выделить несколько основных факторов, затрудняющих чтение томограммы:

О последних поговорим подробнее.

Рисунок 16 | Эффеты частного объема.

Бесплатная консультация о диагностике

Если сомневаетесь, запишитесь на бесплатную консультацию.
Или проконсультируйтесь по телефону

Что такое компьютерная томография - принцип метода

Обследование осуществляется на специальном высокотехнологичном оборудовании - спиральном компьютерном томографе. Функционирует аппарат на основе возможностей человеческих тканей воспринимать рентгеновские лучи. Каждая ткань поглощает их с разной интенсивностью и разной скоростью. По данным затухания или ослабления пучков рентгеновского излучения компьютер способен строить изображения исследуемой области. Далее из них программа может создавать трехмерные реконструкции органов и тканей, которые врачи могут развернуть и рассмотреть под различными ракурсами.

С помощью современного мультиспирального компьютерного томографа можно исследовать очень небольшие анатомические структуры, всего несколько миллиметров в диаметре. Уровень детализации и качество обследования зависит от срезовых возможностей аппарата. Чем больше срезов может делать установка за оборот кольца, тем точнее будут реконструкции.

Зоны компьютерной томографии

КТ в СПБ

Виды компьютерных томографов

Для получения диагностических данных применяются разные способы исследования:

КТ с контрастным веществом;
КТ с 2-мя источниками излучения;
Мультиспиральная компьютерная томография;
КТ-ангиографическая диагностика;
Конусно-лучевые исследования.

Спиральная компьютерная томография

На сегодняшний день большинство медицинских учреждений Санкт-Петербурга оборудовано спиральными компьютерными томографами. В таком аппарате во время процедуры излучатели идут по спирали. Благодаря такой работе сканирование происходит очень быстро. Спиральная компьютерная томография отличается от КТ тем, что стол с пациентом постоянно находится в движении, а трубки рентгеновского излучения постоянно вращаются. Это дает возможность получать множественные снимки и в разы увеличить точность диагностики.

Мультиспиральная компьютерная томография

Среди самых современнейших приборов стоит выделить компьютерные томографы с датчиками, расположенными в ряд. Такие многорядные аппараты называются мультиспиральными компьютерными томографами. Их конструктивное отличие от обычного спирального томографа заключается в том, что напротив источника излучения находятся сразу несколько датчиков, а не один. На исследование с помощью такого аппарата тратится меньше времени, и контрастность изображения получается более высокой. У мультиспиральной КТ имеется сканер с 2-мя источниками, который дает возможность получать снимки движущихся объектов, например, сердца.

Конусно-лучевые исследования на низкодозных КТ

Конусно-лучевые исследования отличаются мгновенностью проведения. Благодаря этому факту человек получает минимум облучения. Такой томограф необходим для прицельного сканирования небольшого объекта. Как правило, его применяют в травматологии, стоматологии или ортопедии. Чаще всего низкодозную КТ назначают детям.

Томографы электро-лучевые

Основная часть современных аппаратов КТ основана на работе рентгеновского излучения. Однако в отделения кардиологии, как правило, используют томографы электро-лучевые. В них применяется электронно-вакуумное излучение. Такие устройства дополнены кардио-синхронизаторами. Они дают возможность выполнить точнейшую оценку состояния главной сердечной мышцы в определенные фазы ее работы. Кроме того, врач сможет оценить фракции выброса крови, выяснить объем сердечных камер, рассчитать диастолический, систолический объем и прочее.

Что такое Компьютерная томография с контрастом

Чтобы четкость полученного снимка была более контрастной, при обследовании могут применять специальное вещество – контраст. Контрастирование позволяет обеспечить максимальную насыщенность снимку. Контраст вводят внутривенно или применяют перорально. Все зависит от того, какую ткань или орган необходимо обследовать. В качестве контрастного препарата чаще всего применяют йодосодержащие составы, поэтому КТ обследования с контрастом противопоказаны пациентам с индивидуальной непереносимостью йода, при почечной недостаточности и некоторых патологиях щитовидки.

Побочное действие от контраста

Применение контрастного вещества может вызвать аллергию (0,5% случаев), а также боль, вздутие живота, нарушение стула. Если эти симптомы не проходят в течение суток, нужно обратиться за помощью в медицинский центр, где Вам делали компьютерную томографию. Введение контраста иногда вызывает тошноту, поэтому, в качестве подготовки к КТ с контрастом пациента просят прекратить прием пищи за 2 часа до контрастирования. Так снижается риск рвоты и тошноты.

Цель компьютерной томографии

Исследование при помощи компьютерной томографии назначают в следующих случаях:

Травма головы, позвоночника;
Судороги и обморочные состояния;
Эхинококковые кисты;
Нарушение работы сосудов;
Костные деструкции;
Переломы и вывихи;
Заболевания органов дыхания;
Заболевания органов брюшной полости;
Заболевания органов малого таза;
Подозрение на опухоль и онкопоиск.

Как делается компьютерная томография

В ходе компьютерной томографии человек находится в центре сканера на специальном столе, а вокруг располагаются комплексы излучателей и датчиков. В входе скрининга они двигаются внутри кольца Гентри и позволяют исследовать ткани под углом в 360 градусов. Как правило, одно вращение длится не больше трех секунд. Пучки рентгеновского излучения проходят сквозь пациента. В зависимости от сканируемых тканей, они ослабляются в разной мере. Когда рентгеновское излучение начинает усиливаться, сигналы преобразуются в цифровые коды и попадают в компьютер. После цикла вращения все собранные данные оказываются в его памяти, и начиняется процедура создания трехмерных реконструкций органов и тканей.

Как делается компьютерная томография - видео

КТ снимки

Как только процедура реконструкции окончена, программы компьютера выводят на экран сформированное изображение. Кости на снимках выглядят в белом цвете, газ и воздух – в черном, а все остальные ткани в серых оттенках разной интенсивности. Данные представляются в виде схем, которые способны отражать миллиметровые слои изучаемой ткани. Это и есть КТ-картина.

После того, как снимок получен, врач начинает изучать изображение, обрабатывать информацию. Для этого он использует возможности увеличения или уменьшения снимка, выделяет интересующую его область, устанавливает размеры органа, визуализирует опухоли. Рассмотрев внимательно томограмму, врач способен отличить здоровые ткани от абсцессов, опухолей, метастазов и кист.

При необходимости снимок можно распечатать в любой момент. Для этого применяется фотопленка или запись на электронном носителе - диск, флешка, USB. Обычно итогом спиральной компьютерной томографии становится: заключение, диск, протокол исследования. Их пациент может забрать в тот же день или на следующий день.

Компьютерная томография фото

Подготовка к компьютерной томографии

Провел осмотр пациента;
Назначил нужный вид КТ;
Написал направление и уточнил протокол обследования - нативная, с контрастом, КТ ангиография.

Как правило, в назначении указывается тип томографии, особенности ее проведения, область сканирования. Кроме того, врач прописывает в направлении предварительный диагноз пациента и фокус обследования.

Если компьютерная томография будет проводиться на органах брюшной полости, малого таза и желудочно-кишечного тракта, то в течение двух дней до исследования стоит отказаться от продуктов и препаратов, которые вызывают метеоризм и повышенное газообразование. Лучше в это время перейти на легкую диету.

Подробнее:

Перед самой процедурой пациента попросят снять часы, очки, кольца, цепочки и прочие аксессуары. После этого обследуемому предложат лечь на специальный стол. Пациенту нужно быть готовым к тому, что во время сканирования врач попросит не глотать или на время задержать дыхание.

Вредна ли компьютерная томография

Чтобы исследовать организм, в современной медицине применяют разные виды лучей:

Ионизирующие, что облучают человека. К ним относят рентген.
Неионизирующие. Это электромагнитные волны и ультразвук. Они не облучают пациента.

Обследование на мультиспиральном компьютерном томографе сопряжено с лучевой нагрузкой на организм, поэтому не может считаться совершенно безопасным. Уровень облучения зависит от:

модели томографа;
зоны обследования;
срезовости установки.

Насколько компьютерная томография вредна для здоровья

Доза облучения при МСКТ головы, одного сустава, костей (одна зона) - 0,9-2 м3в, что приравнивается к полугодовому воздействию природного фона. То есть за пол года без всяких процедур вы получаете точно такую же дозу облучения.

Доза облучения при МСКТ одного отдела позвоночника - 1,5-4 м3в = воздействию природного фона в течение года.
Доза облучения при МСКТ органов грудной клетки - 2,9-9 м3в, КТ органов брюшной полости - 3,1-9,7 м3в = природный фон за 1,5-2 года
Доза облучения при МСКТ органов малого таза - 4,3-15 м3в = природному фону за 2-3 года.

Из-за лучевой нагрузки нерациональное, самостоятельное и частое использование компьютерной томографии запрещено. Это обследование лучше всего делать по назначению врача, и не чаще, чем один раз в 6 месяцев.

Когда нельзя делать компьютерную томографию

Исследование при помощи компьютерного томографа противопоказано:

при беременности на любом сроке;
детям младшего возраста (до 7 лет);

При проведении КТ с контрастом кормящим мамам после обследования 2 дня не стоит кормить грудью младенца. За это срок контрастный состав полностью выйдет из тела пациентки, и не возникнет угроза интоксикации ребенка через молоко матери.

Для чего нужно сделать компьютерную томографию

Исследования при помощи современного компьютерного томографа дают возможность выявить:

Наличие опухоли;
Метастатические очаги;
Костные деструкции;
Абсцессы внутренних органов;
Очаги некроза;
Сосудистые аномалии;
Изменения в головном мозге и черепе;
Воспалительные заболевания внутренних органов.

различия КТ и рентгена

Прототипом компьютерной томографии является рентген. В том и другом виде диагностики принцип получения изображения основывается на особенностях прохождения лучей сквозь различные ткани тела. Костная ткань поглощает излучение полностью, поэтому на снимке выглядит белой, мягкие ткани, частично его задерживающие – серыми, а прослойки воздуха – черными. Разница между этими видами обследования заключается в том, что благодаря компьютерным технологиям стало возможным создать 3D изображения. КТ представляет собой послойное рентгеновское изучения человеческих тканей не с одной точки, как при рентгене, а с различных ракурсов. Для этого сканирование проводят вокруг пациента с разных точек. В процессе диагностики и рентгеновское излучение, и датчики перемещаются и действуют синхронно. Именно поэтому получаются разные проекции изучаемой области. Компьютерные томографы имеются разных типов. В зависимости от этого человек может проходить обследование не только в горизонтальном положении, а также вертикальном или наклонном.

При компьютерной томографии врач не ограничивается получением данных только лишь одного среза, как это происходит при рентгене. Чтобы картина была полной, он выполняет больше таких срезов, как правило, от 16 до 500. Создаются срезы на небольшом расстоянии друг от друга, всего в несколько миллиметров. Чтобы лучше рассмотреть обследуемый участок, выполняются дополнительные обзорные снимки. На такой рентгенограмме фиксируются все уровни проводимой диагностики.

Отличия МРТ или КТ

КТ и МРТ – эта два совершенно разных вида диагностики. При МРТ нет ионизирующего излучения. Принцип работы магнитно-резонансного томографа основывается на явлении ядерного магнитного резонанса, когда под воздействием электромагнитного поля атомы водорода в клетках начинают совершать колебательные движения. Кроме того, магнитно-резонансная томография позволяет более эффективно определить воспалительные процессы, новообразования в мягких тканях и головном мозге, поскольку в этих тканях высокое содержание воды, а значит, можно получить хороший эффект резонанса, от которого и зависит высокая контрастность изображений.

Компьютерное исследование незаменимо при выявлении патологий и аномалий в костной ткани, легких и бронхов. Компьютерная томография лучше всего показывает состояние костей, органов дыхания и полых органов, например, кишечника, желудка, мочевого пузыря.

Что лучше выбрать - МРТ или КТ, должен определять лечащий врач. В своем суждении он будет основываться на первичном диагнозе, цели обследования и состоянии здоровья пациента.

Читайте также: