Томография

Томография (греч. tomos кусок, слой + graph ō писать, изображать) - метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством многократного его просвечивания в различных пересекающихся направлениях, число которых достигает 10 — 10⁶ (так называемое сканирующее просвечивание). Различают методы томографии с использованием ионизирующего излучения, т.е. с облучением пациентов (обычная рентгеновская, или так называемая классическая, компьютерная рентгеновская и радионуклидная, или эмиссионная компьютерная томография), и не связанные с ним (ультразвуковая и магнитно-резонансная томография). За исключением обычной рентгеновской, при всех видах томографии изображение получают с помощью встроенных в аппараты ЭВМ (компьютеров).
Наиболее разработана рентгеновская томография, появившаяся в конце 1960-х гг. (остальные виды позднее).

Обычная рентгеновская томография — наиболее распространенный метод послойного исследования; основан на синхронном перемещении в пространстве излучателя и рентгеновской кассеты в процессе рентгеновской съемки. Рентгенодиагностические аппараты для обычной рентгеновской томографии состоят из подвижной системы излучатель — рентгеновская кассета, механизма ее перемещения, устройства для размещения пациента, механических опор, электрических и электронных управляющих устройств. Томографы подразделяют на продольные (выбранный слой параллелен продольной оси тела человека), поперечные (выбранный слой перпендикулярен оси тела человека) и панорамные (выбранный слой имеет форму изогнутой поверхности). В зависимости от положения тела пациента во время исследования томографы могут быть горизонтальными, вертикальными, наклонными, по характеру перемещения подвижной системы излучатель — рентгеновская кассета — линейными, нелинейными, круговыми и комбинированными. Томографы обеспечивают получение на пленке рентгеновского изображения только необходимого слоя. Устранение ненужных теней происходит за счет синхронного перемещения системы излучатель-кассета относительно некоторой пространственной оси и объекта исследования. Оптимальный результат достигается перемещением подвижной системы по сложным криволинейным траекториям. Наибольшее распространение получили продольные горизонтальные линейные томографы на основе стационарных рентгеновских аппаратов, оснащенных специальным механизмом для перемещения излучателя и кассеты. К таким томографам относится также универсальный линейный томограф, позволяющий проводить исследования в вертикальном и наклонном положениях. На линейных томограммах удается обнаружить не видимые на обычных рентгенограммах детали анатомического строения органа или патологического процесса, которые при обычном рентгеновском исследовании скрыты вследствие суперпозиции (наложения) теневых образований. Для получения панорамных снимков челюсти и других частей черепа применяют панорамные нелинейные томографы.

Показания для томографии определяются рентгенологом, как правило, после выполнения обзорных рентгенограмм, на основании которых устанавливают глубину выделяемого слоя (обязательно маркируется на томограмме), его толщину и оптимальную проекцию съемки. Линейную томографию чаще применяют при заболеваниях легких, например для выявления каверн, абсцессов на фоне массивных инфильтративных или плевральных наслоений либо скрытых нормальными анатомическими структурами, например ребрами. Широко применяется линейная томография для исследования трахеи и бронхов при раке легкого, пневмонии, туберкулезе, а также для установления причины увеличения внутригрудных лимфатических узлов. Томография является важным методом в исследовании гортани. С ее помощью не только изучают структуру этого органа, но и одновременно оценивают состояние голосовых складок (связок). В урологической практике томография (так называемую нефротомографию) выполняют обычно после внутривенного введения рентгеноконтрастных веществ. Линейную томографию применяют также при исследовании околоносовых пазух, костной системы желчных путей.

Компьютерный томограф, устройство для исследования внутренней структуры объекта (органов человека, промышленных изделий и других) путем получения с помощью вычислительных методов его послойных изображений (томограмм) в результате просвечивания различными видами излучения (томография). Разработан в 1963 в США А. Кормаком.

Компьютерная рентгеновская томография (или компьютерная томография) - просвечивание рентгеновским лучом тела пациента осуществляется вокруг его продольной оси, благодаря чему получаются поперечные «срезы». Изображение поперечного слоя исследуемого объекта на экране полутонового дисплея обеспечивается с помощью математической обработки множества рентгеновских изображении одного и того же поперечного слоя, сделанных под разными углами в плоскости слоя.

Компьютерный томограф состоит из рентгеновского излучателя, системы детектирования, регистрирующей прошедшее через исследуемый объект излучение; сканирующей установки, с помощью которой излучатель, а нередко и системы детектирования перемещаются вокруг неподвижного пациента; измерительной системы для усиления и преобразования сигналов детекторов; вычислительно-отображающего комплекса на основе ЭВМ для обработки результатов измерений и восстановления по ним изображения, а также для хранения изображений на магнитных носителях (диске, ленте); пульта управления с двумя дисплеями (алфавитно-цифровым и полутоновым черно-белым) и клавиатурой; системы документирования изображения в твердых копиях на основе мультиформатной или поляроидной камеры; стола для пациента с подвижной декой, системой управления перемещением и системой измерения координат. Высокая разрешающая способность (контрастное разрешение примерно в 10 раз превышает эту величину при обычной рентгеновской томографии) позволяет дифференцировать структуры почти одинаковой плотности (например, органы брюшной полости и забрюшинного пространства) без дополнительного контрастирования. С помощью компьютера оценивают плотность исследуемой ткани — денситометрия. Результаты денситометрии выражаются в единицах условной шкалы (маркируется на снимках), масштаб которой выбран так, что все ткани и среды человеческого организма находятся в диапазоне условных единиц от -1000 — величины, соответствующей плотности воздуха, до +1000 — величины, соответствующей плотности кости. Для получения наиболее четкого изображения органов и патологических очагов при компьютерной томографии используют эффект усиления контрастности путем внутривенного введения рентгеноконтрастного вещества (так называемая усиленная компьютерная томография). Для исследования сердца применяют динамическую компьютерную томографию, при которой производят серию томограмм, выполненных с максимальной скоростью в автоматическом режиме. Аналогичная цель достигается при выполнении томограмм синхронно с электрическими сигналами ЭКГ пациента.

Компьютерная томография применяется при исследовании практически всех областей тела человека. Она дает возможность точно установить локализацию и распространенность патологического процесса, оценить результаты лечения, а также проводить топометрию при планировании лучевой терапии, осуществлять прицельные пункции, биопсии, дренирования.

Радионуклидная томография (однофотонная и двухфотонная) позволяет получить послойное изображение распределения радионуклида, находящегося в органе. Показания для радионуклидной томографии в основном те же, что и для сцинтиграфии. Однако по сравнению со сцинтиграфией радионуклидная томография обладает лучшей разрешающей способностью. При однофотонной томографии используют средне- и короткоживущие радионуклиды (^99mTc, ²⁰¹Tlи др.). Ее выполняют с помощью специальных гамма-камер с одним или двумя вращающимися вокруг пациента сцинтилляционными детекторами.

Двухфотонную, или позитронно-эмиссионную, томографию выполняют с ультракороткоживущими радионуклидами, испускающими позитроны (¹⁵О₂, ¹⁸F и др.). Указанные радионуклиды получают в ускорителях заряженных частиц (циклотронах), устанавливаемых непосредственно в лечебном учреждении. Для двухфотонной томографии применяются особые гамма-камеры, способные регистрировать гамма-кванты, которые возникают при аннигиляции (столкновении) позитрона с электроном. Двухфотонная томография представляет наибольший научный интерес, однако из-за высокой стоимости и сложности применения ее использование в медицинской практике ограничено.

Ультразвуковая томография — метод получения послойного изображения посредством анализа эхо-сигнала, отраженного от внутренних структур тела человека. Послойное ультразвуковое изображение получают путем развертки ультразвукового луча, в связи с чем данный метод иногда называют ультразвуковым сканированием. Ультразвуковая томография — распространенный и доступный вид исследования, отличающийся высокой информативностью, экономичностью, отсутствием радиационного облучения пациента.

Магнитно-резонансная томография (МР-томография) — метод получения изображения внутренних структур тела человека (интраскопия) посредством использования явления ядерного магнитного резонанса. Этот метод позволяет исследовать внутренние органы и ткани человека, не прибегая к оперативному вмешательству и без вредного излучения. Наиболее эффективна МР-томография при исследовании головного мозга, межпозвоночных дисков, мягких тканей.

За изобретение этого метода Нобелевская премия по медицине и физиологии в 2003 году была присуждена американцу Полу Лотербуру (Paul Lauterbur) и британцу сэр Питеру Мэнсфилду (Sir Peter Mansfield).Их работа строилась на фундаментальном открытиии Рэймонда Дамадьяна (Raymond Damadian), который обладает соответствующим патентом и является одним из изобретателей магнитно-резонансной томографии и создателем томографа "Неукротимый". Но Нобелевскую премию ему не присудили.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — избирательное поглощение веществом электромагнитного излучения, обусловленное переориентацией магнитных моментов атомных ядер, находящихся в постоянном магнитном поле. На явлении ЯМР основан метод изучения структуры и молекулярного движения в различных веществах, в т.ч. в биологических объектах.

Ядра атомов большинства химических элементов (за исключением ядер с четным числом протонов и нейтронов) обладают так называемым спином, т.е. моментом количества движения и обусловленным им постоянным магнитным моментом. При помещении в постоянное магнитное поле магнитный момент системы ядер, подобно вращающемуся волчку, выведенному из вертикального положения, движется по поверхности конуса вращения вокруг оси направления поля (прецессионное движение). Воздействие внешнего переменного электромагнитного излучения с данной частотой на ядра, находящиеся в постоянном магнитном поле, приводит к избирательному (резонансному) поглощению энергии электромагнитного излучения и появлению сигнала ЯМР. Разным ядрам соответствуют различные частоты резонанса. Для изучения биологических систем обычно используют ЯМР ядер водорода — протонов (протонный магнитный резонанс) и дейтерия углерода, и др.

Применение ЯМР для структурных исследований основано на том, что помимо внешнего магнитного поля на ядро в веществе действуют различные внутренние поля. Они приводят к сдвигу частоты резонанса, расщеплению на несколько или множество резонансных линий, т.е. к образованию спектра ЯМР, к изменению формы линий, времени релаксации. Изучение спектров ЯМР позволяет сделать вывод о химической и пространственной структуре различных веществ без проведения химического анализа.

Чаще всего используют водород, который присутствует почти во всех молекулах. Ядро атома водорода (протон) - это положительный заряд, который всегда вращается вокруг своей оси. Когда этот вращающийся заряд помещают в магнитное поле, его вектор поворачивается в том же направлении, что и внешнее поле. Если в этот момент воздействовать на протоны еще и электромагнитным полем с той же частотой, то есть создать резонанс, появится еще одна сила, которая будет разворачивать протоны в противоположном направлении.
Как только электромагнитное поле снимают, протоны возвращаются в первоначальное положение, наступает так называемая релаксация. И хотя протоны все одинаковые, но время релаксации у них разное, в зависимости от того, в какой молекуле они находятся. Это похоже на то, как по-разному от толчка зазвенят разные колокольчики - в зависимости от того, из какого материала каждый сделан, каковы его величина и форма. С помощью приборов можно зафиксировать, сколько времени "звенит" тот или иной протон, и в зависимости от изменений в ткани или органе - найти зоны опухоли, воспаления или нарушения нормальной функции, причем с большой точностью.

В медико-биологических исследованиях метод ЯМР используют для установления структуры биологически активных веществ и изучения механизмов их действия. Важной особенностью метода, особенно для биологии и медицины, является низкая энергия используемых в ЯМР излучений, что существенно снижает их вредное воздействие на организм.

Картину пространственного распределения отдельных видов молекул в организме получают методом ЯМР-интроскопии (ЯМР-томографии). В его основе лежит создание с помощью последовательно приложенных градиентов магнитного поля по различным направлениям такого распределения магнитного поля, чтобы в данный момент различным элементам объема в пределах изучаемого сечения соответствовали свои, определенные для их местоположения частоты резонанса. Изменение градиентов во времени и обработка результатов измерений с помощью ЭВМ позволяют получить пространственную картину распределения молекул, содержащих, например, атомы водорода или фосфора (при наблюдении магнитного резонанса от протонов или ядер фосфора) в пределах изучаемого сечения.

При регистрации ЯМР-изображения амплитуда резонанса в каждом элементе объема может быть выражена через интенсивность освещения или в цветовой шкале. Так, кровеносные сосуды в ЯМР-изображении выглядят темными вследствие оттока крови из исследуемого объема за время измерения. Для магнитных моментов ядер в различных элементах объема может быть измерено время релаксации, в частности по уменьшению амплитуды резонанса, не успевающей полностью восстановиться при достаточно большой частоте следования импульсов. Это увеличивает контрастность в изображении различных тканей, что используют, например, чтобы различить изображения серого и белого вещества мозга, опухолевых клеток от здоровых. Достоинством метода ЯМР-интроскопии является его высокая чувствительность в изображении мягких тканей, а также высокая разрешающая способность.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - метод медицинской визуализации (радиоизотопной диагностики), основанный на применении радиофармпрепаратов (РФП), меченных изотопами - позитронными излучателями, попадающими в организм обследуемых путем инъекции водного раствора. После эмиссии из ядра атома позитрон проходит в окружающих тканях расстояние, равное 1-3 мм, теряя энергию при соударении с другими молекулами. В момент остановки позитрон соединяется с электроном, происходит аннигиляция: масса обеих частиц переходит в энергию - излучаются два высокоэнергетических гамма-кванта, разлетающихся в противоположные стороны. В позитронно-эмиссионном томографе происходит регистрация этих гамма-квантов с помощью нескольких колец детекторов, окружающих пациента.

Статья перепечатана с сайта galactic.org.ua

Изображения, полученные томографом XGY Oper

ВСА электроник Украина
представитель в Украине компании
Ningbo Xingaoyi Medical Instruments Co. Ltd

Версия для печати

Магнитно-резонансные томографы XGY Oper

Томография