Радиационная нагрузка в КТ, почему это важно?

Лекция 1, 06.09.2012

Методы психофизиологии

Два подхода:

1. Нейробиологические методы: тут есть физиологическое воздействие на мозг, изменяющее психические процессы. На животных.

2. Психофизиологические методы: воздействие на психические процессы, изменяющее физиологические процессы. Неинвазивные.

Стратегия исследований в психофизиологии, ЧНМ Соколова.

Проводим исследования на человеке, анализируем работу нейронов, строим модель, уточняем ее в ходе дальнейших экспериментов.

Классификация психофизиологических методов:

1. Инвазивные

2. Неинвазивные

Вопрос в том, относить ли инвазивные методы к психофизиологическим. Сейчас считается, что относить.

Методы регистрации реакции мозга:

1. Регистрация вегетативных реакций:

2. Регистрация соматических реакций: ЭМГ

Методы прямой регистрации нервных реакций:

1. Отдельных нейронов

2. Суммарной активности: энцефалографические и томографические.

Классификация томографических методов:

1. Ренгтеновыские (ангиография, линейная томография, компьютерная)

2. УЗИ

3. Оптические (инфракрасная томография)

4. Магнитные (МРТ, ФМРТ)

5. Радиоизотопные (ПЭТ, ОФЭКТ)

По типу облучения:

1. Коротковолновые

2. Длинноволновые

Томографические методы:

1. Структурные

2. Функциональные

Интроскопия – неинвазивное исследование внутренней структуры объекта и протекающих в нем процессов. Более широкое понятие, чем томография.

1. Проекционные методы – получение теневого изображения объекта (ех., рентген, ФПГ)

2. Томографические – получение томографического изображения.

3. Эхозондирование, в том числе доплеровское (ех., УЗИ)

Томографические методы – неинвазивные методы создания изображений поперечных сечений объектов. (tomos – слой, grapho – пишу)

История.

· Клавдий Гален (II в.н.э.) показал, что нервы ответственны за поведение, перерезал у свиньи нервы гортани.

· Немезий Эмесский (2я пол. V – VI в.) последователь Галена в Средние века.

· Андреас Везалий (XVI в.) составил анатомический атлас. Подробно описал ГМ. От современного атласа уже мало чем отличается. Он придумал делать срезы для изучения мозга.

· В 1989 – Visible Human Project. В 1994 году был создан фотографический атлас тела мужчины, в 1995 – тела женщины. Тоже методом срезов. В итоге получилось 100ГБ фотографий срезов человека. Срезы были очень подробными и стало возможно собрать целую модель и смотреть на ней срезы в произвольном направлении.

Анатомические проекции:

Вертикальная ось: не очень-то вертикальная, она параллельна стволу мозга

Горизонтальная, и еще какая-то.

· Аксиальная

· Коронарная

· Саггитальная

Терминология

· Толщина среза

· Количество срезов

· Поле зрения (FOV)

· Размер матрицы: сколько на сколько пикселей в изображении. Из размера матрицы и поля зрения складывается разрешение (масштаб).

· Воксел – объемный пиксель, срезов-то много. Воксельная графика – это объемная графика (в отличие от векторной)

Этические принципы:

· Конфиденциальность

· Добровольное участие

· Право на отказ (если испытуемый передумал, то он передумал)

· Информирование испытуемых обо всех рисках при исследовании

· Честность (испытуемому нужно говорить все как есть: что планируется с ним делать, как, как долго и т.п.)

· Учет самоотчета испытуемого, его просьбы

· Уважение к испытуемому

· Забота об испытуемом

· Выполнение обещаний

· Эксперименты должны быть в рамках закона

· Утверждает исследования должен этический комитет

Компьютерная томография

Она же рентгеновская томография. Переименовали, чтобы не пугать людей.

Рентгенология

Немецкий физик Вильгельм Рёнтген (1845-1923). 22 декабря 1895 года он опубликовал статью со снимком руки жены. Ему за это дали первую Нобелевскую премию в истории. Свою премию он отдал немецкому правительству на военные нужды во время первой мировой.

Рентгеновские изображения получаются при прохождении Х-лучей через объект. Это проекция. Для получения Х-лучей Рёнтген использовал трубку Крукса (английский химик и физик в 1831-1919гг.). Устройство рентгеновской трубки: вакуум, катод – от него летят электроны к аноду, ударяются и резко тормозятся – и излучаются в сторону. В результате выбиваются фотоны высоких энергий – собственно рентгеновское излучение.

Первое время никто не знал об опасности облучения. Вплоть до 50х годов 20го века никто не парился: в Америке даже выпускали детский игрушечный набор для изучения всяких частиц. Стоил всего 50$.

Линейная томография

Она же – планарная. Качество изображений не очень.

· Предложил ее Кароль Майер (1914), разработал и запатентовал первый аппарат Андре Бокаж (1921). Все дело в движении рентгена и фотопластинки: получаем разные проекции, которые позволяют заглянуть внутрь объекта.

· Конец 1920х – голландец З. Плант получил первый качественный послойный снимок живого человека.

· 1931 – Гроссман, сконструировал первый аппарат, который предложил назвать томографом.

· 1935 совесткий ученый Феоктистов создал теорию послойной томографии и разработал первый в стране томограф. Обосновал математическое обоснование метода.

· 1949 – Киев, НИИ рентгенографии, Овощников создал томофлюорограф, позволяющий получить срезы всего тела в натуральную величину.

История КТ

· В 1917 году И.Радон предложил метод восстановления многомерных функций по их интегральным характеристикам, т.е. метод решения обратной задачи интегральной геометрии. Если проекций будет достаточно много, мы можем получить изображение самой функции, т.е. понять форму самого объекта. Но эти работы оказались непопулярными.

· 1963: Кормак разработал математический метод для визуализации мягких тканей в радиологических исследованиях. Независимо от Радона, естественно. За это ему дали Нобелевскую премию. Физик, между прочим, южноафриканский.

· 1971: Хаунсфилд разработал первый компьютерный томограф (не зная о работе Кормака). Создал прототип КТ-томографа. Ему тоже дали Нобелевскую премию. Работал он в компании EMI. Уже в 1972 года они уже сделали первый томограф для использования в больнице для исследования человека. Первая же томограмма выявила опухоль и спасла человека на какое-то время. И вот тут окончательно стало понятно, что полезная это штука.

· 1956-1957: Киев, Тетельбаум создал макет одного из первых томографов. Он облучал объект узким веерообразным пучком лучей, а сам объект вращался вокруг своей оси. Не очень понятно, получал ли он слои, потому что он быстро умер (всего 48 лет было). Поэтому никто не знает, была ли томография изобретена в СССР.

· Первые коммерческие томографы: EMI 1972, Siemens 1974, Philips… А сейчас их очень много. EMI перестала выпускать их, ибо патент приносит им больше денег, чем производство.

· Качество изображения КТ: разительно отличается в 1975 и 2012 году =)

Принципы КТ

Человека кладут на кушетку и помещают в дырку с источником и детекторами. Вся конструкция крутится. С огромной скоростью, практически идет на взлет. Вращающаяся штука называется гентри: у нее есть рентгеновская трубка, коллиматор (делает лучи параллельными), генератор высокой мощности, детекторы (датчики, чем их больше, тем лучше разрешение).

Кладем человека в томограф, просветили его, получили данные на детектор, передвинули трубку. Получаем очень много изображений, из которых потом получается картинка.

В кубике два объекта. Облучаем его. Получаем разные проекции. Качество изображения зависит от числа проекций.

Почему на рентгене не видны мягкие ткани, а на КТ видны? В рентгеновском изображении стирается разница между яркостями тканей. Мы просвечиваем насквозь и яркости просто складываются. А КТ дает высокую контрастность мягких тканей именно за счет срезов.

Шкала Хаунсфилда.

На мониторе больше 256 градаций яркости показать нельзя. Но для получившихся изображений это мало. По этой шкале для каждой ткани есть свое окно диапазона серого цвета. Соответственно, можно передвинуть снимок в нужное окно и увидеть нужные ткани.

Однодетекторная КТ (SDCT) и многодетекторная КТ.

Преимущества MDCT: скорость, меньше артефактов движения, тоньше срезы, меньше облучения, реконструкция срезов различной ширины, меньше артефактов при реконструкции изображений.

Спиральная томография.

1989: Календер изобрел ее. Томограф тот же самый, но тележка движется непрерывно. Поэтому получается, что детекторы движутся по спирали. В обычной – получаем много независимых окружностей. Во-первых, это быстрее. Во-вторых, тут появляются все расстояния между срезами = большая точность. Если объединить MDCT со спиральной, будет совсем хорошо.