Компьютерная томография: что это такое

Данный метод был впервые использован в 1972 г. Он основан на измерении и последующей обработке данных о различии ослабления рентгеновского излучения тканями, отличающимися по плотности.

КТ используют для визуализации камер сердца, крупных сосудов, перикарда и расположенных рядом тканей. На практике КТ наиболее часто используют для визуализации аорты при подозрении на расслоение аорты. Спиральная КТ имеет вращающуюся раму, которая получает изображения быстрее, чем за одну секунду. Дальнейшие разработки спиральной КТ привели к созданию мультиспиральной КТ, которая может получить до 32—64 срезов за один оборот рамы. На полученных изображениях практически исключены помехи, вызванные движением тела.

В настоящее время стала возможной неинвазивная визуализация коронарных артерий. Пространственное разрешение КТ позволяет получать изображения проксимальных частей коронарных артерий, по качеству сравнимые с обычной коронароангиографией. Коронарные обходные шунты тоже можно хорошо увидеть с помощью спиральной КТ, и в некоторых лечебных учреждениях состояния шунта оценивают с использованием именно этой технологии. Также можно определите кальцификацию коронарных артерий, что напрямую коррелирует со степенью атеросклеротического поражения. Следовательно, количественное определение кальция можно использовать для стратификации риска.

Изображения, получающиеся посредством использования метода рентгеновской компьютерной томографии, имеют определенные аналоги в истории анатомии. Следует упомянуть, что еще великий русский физиолог Н. И. Пирогов разработал и внедрил в практику метод изучения взаиморасположения органов и тканей, названный «топографической анатомией». Предложенный метод заключался в послойном иссечении замороженных тканей («ледяная анатомия») в 3 направлениях. На основе метода был издан атлас, иллюстрации в котором по сути напоминали изображения, полученные с помощью томографа.

Современные методики получения послойных изображений, разумеется, имеют массу преимуществ. Это возможность прижизненной диагностики и осуществления компьютерной реконструкции в 3 плоскостях. При помощи методик можно не только устанавливать размеры и взаиморасположение органов и тканей, но и производить изучение их структурных особенностей и ряда физиологических характеристик.

Для оценки плотности структур организма, исследуемых с помощью метода компьютерной томографии, применяется специальная градация ослабления рентгеновского излучения, называемая шкалой Хаунсфилда. Отражением данной шкалы на мониторе томографа является черно-белый спектр полученного изображения. Диапазон ослабления рентгеновского излучения составляет от —1024 до +3071, т. е. 4096 условных единиц ослабления. Средний показатель в данной шкале соответствует плотности воды, отрицательные цифры — воздуху и жировой ткани (малая плотность), а положительные цифры — мягким тканям и костям (более высокая плотность). Следует учитывать, что шкалы разных аппаратов могут отличаться между собой.

При работе с компьютерным томографом важно помнить, что «рентгеновская плотность» — относительное и усредненное понятие. Так, перенасыщенные жиром мягкие ткани могут иметь плотность, соответствующую плотности воды, что иногда затрудняет определение характера исследуемой структуры.

Неотъемлемой частью аппарата для проведения томографии является значительный по объему пакет программного обеспечения. Он дает возможность проводить весь спектр компьютерно-томографических исследований. Причем он может быть дополнен за счет узкоспециализированных программ, делающих поправки на сферу применения каждого отдельно взятого аппарата.

Коллимация рентгеновских лучей, проходящих через тело человека, позволяет получить серию аттенуированных изображений, которые с помощью компьютера формируют поперечные «срезы» объекта (обычно шаг срезов составляет 3-8 мм, что зависит от прибора, а также от клинической задачи, поставленной перед специалистом). В последнее время на смену последовательной съемке пришла методика непрерывной регистрации изображения (спиральная КТ). Контрастности тканей достигают за счет того, что ткани ослабляют рентгеновское излучение в разной степени. Всю брюшную полость можно просканировать за одну задержку дыхания. Ожирение положительно сказывается на качестве КТ (в отличие от УЗИ). Разделенная во времени съемка с введением внутривенных контрастных веществ на основе йода может проявить характерные особенности патологического процесса в артериальную и венозную фазу кровообращения или обозначить портальный венозный кровоток. Режим съемки всегда зависит от того, какой орган интересует исследователя или какова поставленная клиническая задача.

Показания для КТ при болезнях ЖКТ весьма разнообразны. К ним относят исследования при остром животе; диагностику и определение стадии злокачественных образований; оценку того, что происходит при другой патологии поджелудочной железы, поражениях билиарного тракта и печени; выявление внутрибрюшных скоплений жидкости. Отдельно обсуждают КТ-пневмоколонографию. В зависимости от анатомии места расположения и опыта специалиста под контролем КТ или УЗИ можно осуществлять прицельную биопсию патологически измененных тканей.

Противопоказаний для КТ мало. К ним относят непереносимость йода (этот вопрос следует обсудить с радиологом, так как почти всегда ценную информацию можно извлечь из КТ без контрастирования).

В КТ рентгеновский источник и детектор рентгеновского излучения, расположенные в конструкции в форме бублика, двигаются циркулярно вокруг пациента, лежащего на механизированном столе, который перемещается сквозь устройство. Обычно используются мультиде-текторные сканеры с 4-64 или более рядами детекторов, т.к. большее число детекторов позволяет сканировать быстрее и с более высоким разрешением изображений.

Данные от датчиков, по существу, представляют собой серию рентгеновских снимков, сделанных под разными углами вокруг пациента. Однако изображения не рассматриваются непосредственно, а отправляются на компьютер, который быстро реконструирует их в 2-мерные изображения (томограммы), представляющие срез тела в любой желаемой плоскости. Данные также можно использовать для построения подробного 3-мерного изображения. У некоторых КТ стол движется постепенно и останавливается при каждом сканировании. У других КТ стол во время сканирования движется непрерывно; т.к. пациент движется по прямой линии и детекторы движутся по кругу, серии изображений делаются по спирали вокруг пациента - отсюда и термин «спиральная КТ».

Эти же принципы томографических изображений можно применять к радиоизотопному сканированию, при котором датчики для испускаемого излучения окружают пациента, а вычислительная техника преобразует данные датчиков в томографические изображения; примеры - однофотонная эмиссионная КТ (ОФЭКТ) и ПЭТ.

Лучевая нагрузка при проведении КТ области живота велика (эквивалентна выполнению 500 рентгеновских снимков грудной клетки или 3,3 годам воздействия фонового излучения), поэтому в отношении молодых людей и больных, нуждающихся в повторных исследованиях, всегда необходимо учитывать возможные альтернативные подходы. Проведения КТ следует избегать при беременности, особенно в I триместре.

ПЭТ — лучевой метод получения изображения. Используют фармакологические препараты с включением радиоактивных элементов с коротким временем полураспада, что позволяет оценить различные аспекты функции сердца в разных областях:

• Общая и локальная функция левого желудочка.
• Кровоток в миокарде.
• Метаболизм миокарда: метаболизм глюкозы и жирных кислот, потребление кислорода.
• Фармакология: Р-адренергические и мускариновые рецепторы симпатическая иннервация, миокардиальный АПФ (ангиотензин-превращающий фермент) и рецепторы ангиотензина II.
• Экспрессия генов миокарда.

Клиническое применение

Определение жизнеспособности миокарда. Основное клиническое применение в кардиологии ПЭТ — определение жизнеспособности миокарда у больных ИБС со сниженной функцией левого желудочка, которая может быть улучшена путем выполнения хирургической или чрескожной коронарной реваскуляризации. Показано, что ПЭТ имеет высокую чувствительность при прогнозировании восстановления функции левого желудочка после реваскуляризации, а также позволило понять основные механизмы развития дисфункции левого желудочка у пациентов с ИБС.

По сравнению с простой рентгенографией томографические срезы КТ дают более пространственную детализацию и позволяют лучше различать уплотнения мягких тканей. Так как КТ предоставляет гораздо больше информации, она предпочтительнее обычной рентгенографии для получения изображений большинства тканей головного мозга, головы, шеи, позвоночника, груди и брюшины. Трехмерные изображения поражений могут помочь хирургам планировать операцию. КТ является наиболее точным исследованием для обнаружения и локализации камней в мочевом пузыре.

КТ может быть сделана с или без внутривенного вливания рентгеноконтрастного вещества. Неконтрастная КТ используется для обнаружения острого кровоизлияния в мозг, камней в мочевом пузыре, узлов в легких, а также для определения переломов костей и других скелетных аномалий.

Контрастные вещества, вводимые орально или иногда ректально, применяются для визуализации органов брюшной полости; иногда, чтобы расширить нижний отдел желудочно-кишечного тракта и сделать его видимым, используется газ. Контрастное вещество в желудочно-кишечном тракте помогает отличить желудочно-кишечный тракт от окружающих структур. Стандартное контрастное вещество, вводимое перорально, производится на основе бария, но при подозрении на прободение кишечника или когда высок риск аспирации, следует применять низкоосмолярное йодированное контрастное вещество.

Исследовательское применение

Значительное количество параметров, доступных исследованию при помощи ПЭТ, позволяет оценить многие аспекты функции сердца и предоставить сведения о механизмах работы сердца при различных заболеваниях. Это исследование позволяет также оценить механизмы лечебного действия при используемых и внедряемых терапевтических методиках. Приведем ряд примеров:

• Кровоток в миокарде и микроциркуляция: ИБС, гипертрофическая кардиомиопатия, аортальный стеноз, синдром X.
• Метаболизм в миокарде и энергетический обмен в сердце: ишемическая кардиомиопатия, дилатационная кардиомиопатия.
• Автономная функция сердца.

Вариации

Виртуальная колоноскопия. После введения газа в прямую кишку через гибкий резиновый катетер малого диаметра, выполняется КТ всей толстой кишки. Виртуальная колоноскопия производит 3-мерные изображения толстой кишки высокого разрешения, которые в некотором роде имитируют результаты оптической колоноскопии. Эта техника может показать полипы толстой кишки и поражения слизистой оболочки толстой кишки размером до 5 мм. Это альтернатива обычной колоноскопии.

КТ внутривенной пиелографии или урографии. Вводится внутривенно контрастное вещество. Процедура дает детальные изображения почек, мочеточников и мочевого пузыря. Она является альтернативой обычной внутривенной урографии.

КТ легочной ангиографии. После быстрой болюсной инъекции контрастного вещества быстро выполняются изображения в виде тонких срезов, в то время как контрастное вещество делает артерии и вены непрозрачными. Усовершенствованные методы компьютерной графики применяются для удаления изображения окружающих мягких тканей и обеспечения высокодетального изображения кровеносных сосудов, аналогичного обычной ангиографии.

Недостатки

На долю КТ приходится наибольшая доза диагностического радиационного облучения всех пациентов в целом. Если выполняются многочисленные сканирования, общая доза облучения может быть высокой, подвергая пациента потенциальному риску (см. гл. «Принципы рентгеновской визуализации. Опасности ионизирующего излучения»). Пациентам, у которых периодически наблюдаются камни в мочевыводящих путях или перенесшим серьезные травмы, скорее всего надо делать многократное КТ-сканирование. Всегда следует учитывать соотношение риска радиационного облучения и преимущества обследования.

В некоторых КТ применяют внутривенное контрастное вещество, вызывающее определенный риск. Если барий вытекает из сосудов в ткани за пределами просвета желудочно-кишечного тракта, он может вызвать серьезное воспаление; при вдыхании барий может вызвать тяжелую пневмонию. Барий может также затвердеть и сгуститься, потенциально способствуя развитию непроходимости кишечника. Гастрографин более безопасен, но контрастное вещество и снимки желудочно-кишечного тракта, которые он делает, не так хороши.

Стол КТ не подходит для очень тучных пациентов.

Сравнение позитронно-эмиссионной томографии с другими радионуклидными методами обследования сердца (гамма-камера, SPECT)

Преимущества:

• Короткое время полураспада радиоактивных препаратов.
• Возможность повторных исследований с небольшим интервалом.
• Более качественное пространственное разрешение.
• Возможность качественной оценки накопления радиоактивного препарата в органе позволяет численно определить физиологические параметры.
• Циклотрон располагается в том же учреждении, где проводится исследование.

Недостатки:

• Дорогой метод.
• Ограниченный доступ.
• Преимущественное использование в научных работах.

Магнитно-резонансная томография сердца

За последнее десятилетие МРТ сердца показала себя как важный метод исследования в диагностике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний.

Методика:

• Используют сигналы, излучаемые протонами (ионы водорода присутствуют в большом количестве в живых организмах, так как значительная часть тела человека состоит из воды).
• При использовании магнитного поля протоны выстраиваются параллельно (большинство) и перпендикулярно полю с результирующим вектором между ними.
• Результирующий вектор изменяется при использовании разных типов короткого радиочастотного излучения.
• При прекращении этого вторичного излучения вектор возвращается к исходной позиции и высвобождает энергию в виде радиоволн.
• Существуют две формы восстановления сетчатого вектора — продольная и поперечная.

МРТ не требует ионизирующего излучения и позволяет получить множественные «срезы» сердца. МРТ используют для исследования разных органов, в том числе для визуализации аорты и расположения крупных сосудов, изучения камер сердца при врождённых пороках. Данные можно получать, обрабатывая сигнал, отражающийся от движущейся крови. Есть специальные алгоритмы и программы, показывающие скорость, наличие регургитации крови, стеноза клапанов. Также доступно проведение анализа движений стенки сосуда. Так, например, стенка левого желудочка легко визуализируется при МРТ, в то время как при ЭхоКГ её визуализировать сложнее.

Значительную роль играет МРТ при оценке жизнеспособности миокарда. Можно увидеть области гипоперфузии при сканировании в динамике на фоне введения контрастного вещества (например, гадолиния). При этом ишемию видно намного лучше, чем при использовании технологий ядерной медицины, что позволяет производить более точный подбор пациентов, которым требуется реваскуляризация.

Виды магнитно-резонансного исследования

1. Спин-эхо используют для оценки морфологии. Ткани организма, имеющие разную плотность, отличаются, текущая кровь отображается в темном цвете.
2. Гоадиент-эхо используют для исследования шунтов, поражений клапанов, крупных сосудов и оценки функции левого желудочка. Поток крови (т.е. поток протонов) вдоль магнитного градиента имеет магнитные векторы с фазой, изменяющейся пропорционально скорости потока, что позволяет проводить оценку динамических нарушений. Использующиеся более слабые различия по плотности тканей отображают поток крови в виде сигнала высокой интенсивности.

Использование магнитно-резонансной томографии сердца

Перечень возможностей МРТ постоянно расширяется:

• Врожденные заболевания сердца. Полезно при исследовании сложных пороков сердца и крупных сосудов (анатомия и гемодинамика).
• Функция желудочков. Особенно важно для определения систолической и диастолической функции левого и правого желудочков и выявления их опухолей. Полезно в определение эффективности нового метода лечения.
• Заболевания аорты. Не уступает чреспищеводной ЭхоКГ и КТ в диагностике острого расслоения аорты. Отлично зарекомендовала себя в описательной анатомии расслоения аорты (источник, протяженность, объем поражения), особенно у пациентов с предшествующими заболеваниями аорты и операциями на аорте. При синдроме Марфана проведение ряда последовательных исследований позволяет выявить прогрессирование аневризмы. Внутристеночная гематома, бляшки.
• Заболевания клапанов сердца. Основными методами диагностики при данных заболеваниях остаются чреспищеводная ЭхоКГ и катетеризация сердца. Более широко начинают использовать МРТ как метод с улучшенным отношением чувствитепьность/специфичность.
• Кардиомиопатии. Выявляет морфологические признаки и позволяет провести оценку гемодинамики. При гипертрофической обструктивной кардиомиопатии данный метод позволяет выявить фиброз и нарушения перфузии. МРТ — один из методов диагностики аритмогенной кардиомиопатии правого желудочка.
• Опухоли сердца и заболевания перикарде. Необходимо для оценки как первичного, так и метастатического опухолевого поражения сердца. Дает возможность определить локализацию и внесердечное распространение. Последовательное градиент-эхо позволяет оценить васкуляризацию опухоли. МРТ — наиболее предпочтительный метод диагностики заболеваний перикарда и выявления выпота в полости перикарда.

Магнитно-резонансная томография сердца

Преимущества:

• Быстрые последовательные изображения.
• Клинические признаки дополняют анатомическую, гемодинамическую и функциональную информацию при одинаковых снимках.
• Неинвазивная методика (при диагностическом исследовании) в сравнении с ангиографией, чреспищеводной ЭхоКГ.
• Высокое пространственное разрешение в сравнении с ЭхоКГ, КТ.
• Нет ионизирующего облучения в сравнении с ангиографией и т.д.

Недостатки:

• Клаустрофобия — вызывается узким закрытым пространством внутри томографа.
• Недостаток адекватного наблюдения — электрическое искажение затрудняет применение данного метода у больных с нестабильной гемодинамикой, для которых как раз полезна точность МРТ сердца. Данный недостаток можно преодолеть при использовании специальных широких пластин (для мониторинга, кислородотерапии и т.д.), которые позволяют изолировать металлическое/электрическое оборудование.
• Высокие затраты и отсутствие центров, проводящих МРТ. Необходимы высокие начальные финансовые затраты. Тем не менее данный метод исследования начинают широко использовать в клинической практике.

Металлические протезы остаются некоторой проблемой при проведении МРТ. Ферромагнетизм (свойство металлов притягиваться магнитным полем) сначала относился к железным конструкциям и их свойству притяжения в магнитном поле. Однако другие металлы также сильно магнетичны: кобальт, диспрозий, гадолиний и никель. Сплавы, содержащие данные металлы, в какой-либо степени будут обладать магнетизмом. Большинство протезов человека не являются сильными магнетиками, так как используемые для их создания сплавы железа содержат различные примеси для увеличения прочности и усиления антиоксидантных свойств.

Возможность повреждений при магнитно-резонансной томографии и наличии металлических предметов

Существует три основных механизма развития повреждений:

• Ударное повреждение. Связано с дополнительным оборудованием (баллоны с кислородом, зажимы, ножницы и т.д.), которое находится в помещении МРТ. Сильное магнитное поле притягивает металлические предметы через комнату с явными последствиями. Поэтому все металлические предметы должны быть удалены из помещения МРТ или необходимо использовать безопасное оборудование.
• Имплантированные протезы. Повреждение может возникнуть из-за внутреннего движения металлических протезов. Вероятное движение зависит от магнетических свойств протезе и сдерживания его движения окружающими тканями. Таким образом, бедренный протез имеет меньшую вероятность стать причиной повреждений, чем внутричерепная артериальная клипса.
• Электрический ток. МРТ вызывает электрические ток в аппаратуре, способной к электропроводности, что приводит к накаливанию и термической травме. Примеры такого оборудования — провода кардиостимулятора, проводники, катетеры для катетеризации легочной артерии.

Оборудование и безопасность при проведении магнитно-резонансной томографии

• Коронарные стенты.

Существует теоретический риск термического повреждения, а также риск внутреннего движения. Однако клинические исследования показали безопасность применения МРТ у данной группы больных.

• Другие сосудистые стенты.

Соответствуют риску при коронарных стентах (производители часто рекомендуют ожидать от 6 до 52 ч после имплантации).

• Проводники.

Могут вызвать термические повреждения (новые МРТ-проводники отличаются безопасностью для магнитно-резонансного исследования).

• Протезные клапаны, кольца.

Все клапаны проявили себя безопасными, включая ранние баллонные и коробчатые клапаны.

• Искусственный водитель ритма и имплантированный дефибриллятор сердца.

Существует опасность движения, термической травмы и электрического торможения импульсации. Использование МРТ связано с увеличением смертности. В настоящее время их использование не рекомендовано, однако рекомендации могут измениться при использовании новых (современных) томографов высокой надежности.

• Внутрисердечные катетеры.

Полиуретановые и поливинилхлоридные безопасны. Прочие с наличием металлических частей (например, катетеры, плавающие в легочной артерии) могут быть причиной термического повреждения и небезопасны.

• Интрааортальный баллонный насос и насос левого желудочка.

Небезопасны из-за возможности термического повреждения, внутреннего движения или механических неисправностей.

• Провода для электрокардиографа.

Стандартные металлические провода опасны в связи с ожогами (могут быть тяжелыми). Новые углеродно-основные магнитно-резонансно совместимые отведения отвечают всем требованиям безопасности.

• Стернальные швы, перикардиальные пошаговые швы.

Безопасны, но являются источниками артефактов

Спиральная компьютерная томография

Метод заключается в параллельном осуществлении постоянного вращения источника излучения вокруг тела обследуемого и постоянного поступательного движения стола, на котором размещается пациент, вдоль продольной оси сканирования. В отличие от более раннего метода — последовательной компьютерной томографии — скорость движения стола с пациентом может изменяться по мере надобности. Увеличение скорости движения пропорционально увеличивает площадь сканируемой области тела. Данная технология позволяет существенно сократить время исследования и снизить степень облучения обследуемого.

Многослойная компьютерная томография

Многослойная компьютерная томография — более совершенная методика. При ней рентгеновское излучение принимается несколькими рядами детекторов и используется объемная форма пучка рентгеновского излучения. Несомненные преимущества по сравнению со спиральной компьютерной томографией — это улучшение временного и пространственного разрешения вдоль продольной оси, увеличение скорости сканирования, а следовательно, уменьшение времени обследования. Так же к достоинствам этого метода относят существенное улучшение контрастного разрешения, увеличение обследуемой зоны и уменьшение степени облучения пациента.

Главным недостатком метода компьютерной томографии была и остается относительно высокая степень лучевой нагрузки на обследуемого человека, хотя с развитием технологий ее удалось существенно уменьшить.

Для улучшения визуального отличия органов друг от друга, а также различения нормальных и патологических структур в организме используются разнообразные методики контрастного усиления. В процессе этих исследований пациенту вводятся перорально либо внутривенно йодсодержащие препараты. В 1-м случае достигается максимальное контрастирование полых органов пищеварительного тракта. При внутривенном введении ренгеноконтрастных препаратов можно объективно оценить характер и степень накопления контрастного вещества тканями и органами пациента. Внутривенное контрастное усиление зачастую дает возможность уточнить характер обнаруженных патологических изменений, в том числе новообразований, и зафиксировать те из них, которые крайне сложно обнаружить в ходе стандартного исследования.

Компьютерная томография, как и другие методы исследования, имеет определенные показания. В качестве скринингового теста данная методика применяется при головных болях, черепно-мозговых травмах, не сопровождавшихся потерей сознания, при периодическом возникновении обморочных состояний, а также для исключения диагноза «рак легкого». Для экстренной диагностики компьютерная томография применяется при тяжелых травмах, наличии подозрений на кровоизлияние в мозг, повреждение крупного сосуда или на острые повреждения паренхиматозных органов. Для плановой диагностики компьютерная томография используется относительно редко, в целях окончательного подтверждения диагноза. В ряде случаев некоторые врачебные манипуляции, в частности пункции, также выполняют под контролем компьютерной томографии.

Для получения изображения на мониторе размером 200 х 200 пикселей система вычисления включает в себя 40 000 линейных уравнений.

Существует ряд противопоказаний к проведению этого исследования. Так, применение данного метода без использования рентгеноконтрастного вещества не допускается в периоде беременности и при высокой массе тела больного (максимальной для конкретного прибора).

С контрастным веществом данное исследование не проводится при индивидуальной непереносимости рентгено-контрастного препарата, почечной недостаточности, тяжелой форме сахарного диабета, беременности, патологиях щитовидной железы и миеломной болезни.