Метод компьютерной рентгеновской томографии

 

 

 Содержание

 Введение. Основы томографии и рентгенографии

 1. История  открытия метода

 2. Устройство  рентгеновской установки

 2.1  Источник рентгеновского излучения

 2.2  Приемник рентгеновского излучения

 3. Развитие  компьютерной томографии

 Вывод

 Литература 

 Введение. Основы томографии и рентгенографии  

 На  протяжении многих веков усилия врачей были направлены на решение труднейшей задачи - улучшение распознавания  заболеваний человека. Потребность  в методе, который позволил бы заглянуть  внутрь человеческого тела, не повреждая его, была огромной. Какую огромную пользу принес бы непосредственный осмотр человеческого организма, если бы он стал вдруг «прозрачным». И вряд ли кто-нибудь из ученых прошлого мог предположить, что эта мечта вполне осуществима. Потребность увидеть не оболочку, а структуру организма живого человека, его анатомию и физиологию была столь насущной, что, когда чудесные рентгеновские лучи, позволявшие осуществить это на практике были, наконец, открыты, врачи почти сразу поняли, что в медицине наступила новая эра.

 Рентгенологический  метод - это способ изучения строения и функции различных органов  и систем, основанный на качественном и/или количественном анализе пучка  рентгеновского излучения, прошедшего через тело человека.

 Рентгенографuя - способ рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на рентгеновской пленке путем ее прямого экспонирования пучком излучения.

 Томография - послойная рентгенография. При  томографии, благодаря движению во время съемки с определенной скоростью рентгеновской трубки на пленке получается резким изображение только тех структур, которые расположены на определенной, заранее заданной глубине. Тени органов и образований, расположенных на меньшей или большей глубине, получаются «смазанными» и не накладываются на основное изображение. Томография облегчает выявление опухолей, воспалительных инфильтратов и других патологических образований.

 В терапевтической  практике чаще всего вначале прибегают  к простому просвечиванию рентгеновскими лучами за рентгеновским экраном – рентгеноскопии. Однако, с помощью обычной, бесконтрастной рентгеноскопии, можно исследовать лишь органы, дающие на экране тени различной яркости. Например, на фоне прозрачных за рентгеновским экраном лёгких, можно исследовать сердце (размеры, конфигурацию), определить участки уплотнения в легочной ткани, обусловленные воспалительной инфильтрацией при пневмонии. Одним из наиболее совершенных, дающих очень достоверную информацию рентгенологических методов является компьютерная томография, позволяющая благодаря использованию ЭВМ дифференцировать ткани и изменения в них, очень незначительно различающиеся по степени поглощения рентгеновского излучения. За последние годы значительно усовершенствовалась техника получения изображения. С помощью электронно-оптического усилителя, установленного на рентгеновском аппарате, удается получить значительно более яркие и четкие изображения при меньшей дозе облучения больного, что в свою очередь позволяет снять на кинопленку весь процесс исследования или отдельные его фазы (рентгенокинематография). Это имеет особое значение при функциональных нарушениях органов (эзофагоспазм, дискинезия кишечника и т. д.). Кинопленку можно затем вторично просмотреть и вновь восстановить весь процесс исследования больного, провести консилиум и т. д. 

 1. История открытия  метода  

 Идея  компьютерной томографии (КТ) родилась в далекой Южно-Африканской Республике у физика А. Кормака. В 1963 г. он опубликовал  статью о возможности компьютерной реконструкции изображения мозга. Спустя 7 лет этим занялась группа инженеров английской фирмы электромузыкальных инструментов во главе с г. Хаунсфилдом. Время сканирования первого объекта (мозг, консервированный в формалине) на созданной ими экспериментальной установке составило 9 ч. Уже в 1972 Г. была произведена первая томограмма женщине с опухолевым поражением мозга. 19 апреля 1972 г. на конгрессе Британского радиологического института Г. Хаунсфилд и врач Дж. Амброус выступили с сенсационным сообщением «Рентгенология проникает в мозг». А в 1979 г. Г. Хаунсфилд был удостоен Нобелевской премии.

 Этот  способ основан на использовании  волновых колебаний, для проникновения  которых ткани человеческого  тела не являются непреодолимым препятствием. В результате взаимодействия волновых колебаний с органами и тканями организма на различных приемниках - экране, пленке, бумаге и др. - возникают их изображения, расшифровка которых позволяет судить о состоянии различных анатомических образований.

 Такими  образом, множество методов принципиально  близки рентгенодиагностике как по своей природе, так и по характеру конечного результата их применения. Внедрение в практику этих методов (наряду с рентгенологией) привело к возникновению новой обширной медицинской дисциплины, получившей за рубежом название диагностической радиологии (от латинского radius - луч), а у нас - лучевой диагностики. Возможности этой дисциплины в распознавании заболеваний человека весьма велики. Ей доступны практически все органы и системы человека, все анатомические образования, размеры которых выше микроскопических. 

 2. Устройство рентгеновской  установки как  части томографа  

 Типичная  рентгеновская диагностическая  система состоит из рентгеновского излучателя (трубки), объекта исследования (пациента), прео6разователя изображения  и врача-рентгенолога.

 

 Рис.1. принципиальное устройство рентгеновской  трубки

 Рентгеновское излучение, возникшее в аноде  рентгеновской трубки, направляют на больного, в теле которого оно частично поглощается и рассеивается, а частично проходит насквозь. Датчик преобразователя изображения улавливает прошедшее излучение, а преобразователь строит видимый световой образ, который воспринимает врач. 

 2.1 Источник рентгеновского  излучения

 В состав типового рентгенодиагностического аппарата входят питающее устройство, пульт  управления, штатив и рентгеновская  трубка. Она-то, собственно, и является источником излучения. Установка получает питание из сети в виде переменного  тока низкого напряжения. В высоковольтном трансформаторе сетевой ток преобразуется в переменный ток высокого напряжения - от 40 до 150 кВ. Из вторичной обмотки трансформатора переменный ток поступает в систему выпрямителей, превращающих его в выпрямленный ток, идущий в одном направлении. Высоковольтный выпрямленный ток подают на рентгеновскую трубку, которая генерирует peнтгеновское излучение. Трубка закреплена на штативе. На нем же располагается экранно-снимочное устройство. Управление аппаратом несложно. Выбор и регулировка технических условий осуществляются автоматически с помощью микропроцессорной техники. В некоторых моделях телевизионный монитор и пульт управления вынесены в соседнее помещение, откуда врач и ведет исследование.

 2.2 Приемник рентгеновского  излучения

 В рентгеновских  установках используют различные датчики  и преобразователи изображения. Целесообразно выделить 5 типов приемников: рентгеновскую пленку, полупроводниковую  фоточувствительную пластину, флюоресцирующий экран, рентгеновский электронно-оптический преобразователь, дозиметрический счетчик. На них соответственно построены 5 общих методов рентгенологического исследования: рентгенография, электрорентгенография, рентгеноскопия, рентгенотелевизионная рентгеноскопия и дигитальная рентгенография (В том числе компьютерная томография). 

 

 Рис. 2. Принципиальное устройство рентгеновской  установки

 рентгенография компьютерный цифровой томография  

 3. Развитие компьютерной  томографии 

 Изобретение рентгеновской томографии с обработкой получаемой информации на ЭВМ произвело  переворот в области получения  изображения в медицине. Аппарат, изготовленный и опробованный группой инженеров английской фирмы «EMI», получил название ЭМИ-сканера.

 Разработчик в своем аппарате использовал  кристаллический детектор с фотоэлектронным  умножителем (ФЭУ), однако источником была трубка, жестко связанная с детектором, которая делала сначала поступательное, а затем вращательное движение при постоянном включении рентгеновского излучения. Такое устройство томографа позволяло получить томограмму за 4-20 мин.

 Рентгеновские томографы с подобным устройством (I поколение) применялись только для исследования головного мозга. Это объяснялось как большим временем исследования (визуализации только неподвижных объектов), так и малым диаметром зоны томографирования до (24 см). Однако получаемое изображение несло большое количество дополнительной диагностической информации, что послужило толчком не только к клиническому применению новой методики, но и к дальнейшему совершенствованию самой аппаратуры.

 Вторым  этапом в становлении нового метода исследования был выпуск к 1974 г. компьютерных томографов, содержащих несколько детекторов. После поступательного движения, которое производилось быстрее, чем у аппаратов I поколения, трубка с детекторами делала поворот на 3-10^о, что способствовало ускорению исследования, уменьшению лучевой нагрузки на пациента и улучшению качества изображения. Однако время получения одной томограммы (20-60 с) значительно ограничивало применение томографов II поколения для исследования всего тела ввиду неизбежных артефактов, появляющихся из-за произвольных и непроизвольных движений. Аксиальные компьютерные рентгеновские томографы данной генерации нашли широкое применение для исследования головного мозга в неврологических и нейрохирургических клиниках.

 Получение качественного изображения среза  тела человека на любом уровне стало  возможным после разработки в 1976-1977 гг. компьютерных томографов III поколения. Принципиальное отличие их заключалось в том, что было исключено поступательное движение системы трубка-детекторы, увеличены диаметр зоны исследования до 50-70 см и первичная матрица компьютера. Это привело к тому, что одну томограмму стало возможным получить за 3-5 секунд при обороте системы трубка-детекторы на 360^о. Качество изображения значительно улучшилось и стало возможным обследование внутренних органов. На рис. 3 показана схема получения изображения с помощью компьютерного томографа.

 С 1979 г. некоторые ведущие фирмы начали выпускать компьютерные томографы IV поколения. Детекторы (1100-1200 шт.) в  этих аппаратах расположены по кольцу и не вращаются. Движется только рентгеновская трубка, что позволяет уменьшить время получения томограммы до 1-1,5 секунды при повороте трубки на 360^о. Это, а также сбор информации под разными углами увеличивает объем получаемых сведений при уменьшении затрат времени на томограмму.

 

 Рис. 3 Схема получения изображения 

 В 1986 г. произошел качественный скачок в  аппаратостроении для рентгеновской  компьютерной томографии. Фирмой «Иматрон»  выпущен компьютерный томограф V поколения, работающий в реальном масштабе времени. Он содержит 200 источников и 5000 приемников рентгеновского света, а время получения одного изображения-5 млсек. Учитывая заинтересованность клиник в приобретении компьютерных томографов, с 1986 г. определилось направление по выпуску «дешевых» компактных систем для поликлиник и небольших больниц. Обладая некоторыми ограничениями, связанными с числом детекторов или временем и объемом собираемой информации, эти аппараты позволяют выполнять 75-95% (в зависимости от вида органа) исследований, доступных «большим» компьютерным томографам. 

 Вывод

 Открытие рентгеновской компьютерной томографии (РКТ) дало толчок к развитию всех цифровых послойных методов исследования: магнитно-резонансная томография (МРТ) , однофотонная эмиссионная (радионуклидная) компьютерная томография (ОФЭКТ), позитронно-эмиссионная (ПЭТ) компьютерная томография, цифровая рентгенография. Компьютерная томография (КТ) на сегодняшний день - стантарный ведущий метод диагностики многих заболеваний головного мозга, позвоночника и спинного мозга, легких и средостения, печени, почек, поджелудочной железы, надпочечников, аорты и легочной артерии и ряда других органов

 Благодаря данному открытию было спасено множество человеческих жизней 

 Литература   

 1.  Розенштраух Л.С. Невидимое стало зримым (успехи и проблемы лучевой диагностики). - М.: Знание, 1987.- 64 с.

 2.  Помозгов А.И., Терновой С.К., Бабий Я.С., Лепихин Н.М. Томография грудной клетки - К.:Здоровья,1992.- 288 с.

 3.  Верещагин Н.В., Брагина Л.К., Вавилов С.Б., Левина Г.Я. Компьютерная томография мозга - М.: Медицина,1986.-256 с.

 4.  Коновалов А.Н., Корниенко В.Н. Компьютерная томография в нейрохирургической клинике.- М.: Медицина,1988. - 346 с.

 5.  Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах.

 Т.1:Пер. с англ./Под ред. С. Уэбба.-М.: Мир,1991.- 408 с.

 6.  Антонов А.О., Антонов О.С.,Лыткин С.А.// Мед.техника.

 7.  Гребнев А.Л. Пропедевтика внутренних болезней - М.: Медицина, 2003