Компьютерная томография (КТ) или иногда рентгеновская компьютерная томография- РКТ
Лекция 1
Методы современной лучевой диагностики. Часть 1-я
Слайд 3. Лучевая диагностика представляет самостоятельную отрасль медицины. Она объединяет разнообразные методы получения изображений в диагностических и лечебных целях. Для этого используются различные виды излучений (ионизирующие и неионизирующие).
Синонимы лучевой диагностики:
-медицинская визуализация,
-диагностическая радиология,
-интраскопия.
Дата рождения лучевой диагностики- 8 ноября 1895 года.
Около 80 % всех диагнозов выставляются с привлечением методов визуализации.
Слайд 4. Общим для всех методов лучевой диагностики является использование излучения в качестве носителя информации, проходящего через исследуемый объект.
Каждый метод лучевой диагностики предполагает применение: источника излучения, воспринимающего устройства- приемника, и самого излучения, проходящего через объект исследования или исходящего из него. Результатом процесса ослабления (отражения, рассеивания, возбуждения и т.п.) излучения и последующей его регистрации является изображение внутренней структуры исследуемого объекта в виде сочетания различных оттенков серого цвета.
Цели лучевой диагностики:
-диагностика заболеваний или исключение таковых, иногда лечение заболеваний,
-научно-исследовательские работы.
В отличие от эндоскопических и аналогичных им технологий, в лучевой диагностике анализируется не видимая глазом поверхность, а внутренняя структура объекта.
Слайд 5. Лучевая диагностика включает в себя следующие основные методы исследований:
1.Методы, основанные на использовании рентгеновского излучения или рентгенодиагностика.
2. Методы, основанные на использовании радионуклидных препаратов или радионуклидная диагностика.
3. Методы, основанные на использовании ультразвукового излучения:
4. Методы, основанные на эффекте ядерно-магнитного резонанса, например магнитно-резонансная томография.
5. Тепловидение или медицинская термография.
Пометим себе, что рентгено- и радионуклидная диагностика связаны и ионизирующим, то есть вредным излучением. При УЗИ, МРТ и тепловидении регистрируются неионизирующие излучения и методы считаются безвредными.
Слайд 6.
Рентгенодиагностика или рентгенологический метод исследования.
Рентгенологический метод –это способ изучения строения и функции различных органов и систем, основанный на количественном и качественном анализе пучка рентгеновского излучения, прошедшего сквозь тело человека.
Слайд 10. Отметим некоторые особенности: массовость лучевых исследований, лучевая нагрузка при рентгенологическом и радионуклидном методах, финансовоемкость, то есть требуется много денег.
Слайд 11.
-массовость лучевой диагностики -в РФ ежегодно выполняется более 115 миллионов рентгенологических исследований, более 60 миллионов ультразвуковых, более 3- х миллионов радионуклидных исследований. В Омской области, например, выполняется 2 миллиона 400 тысяч рентгенологических исследований в год.
Слайд 12.
–другой особенностью является то, что аппаратура для лучевой диагностики дорогостоящая, особенно компьютерные и магнитно-резонансные томографы. Их стоимость превышает 1 – 2 млн. долларов. За рубежом из-за высокой цены аппаратуры лучевая диагностика является самой финансоемкой областью медицины.
Слайд 13.
-еще нужно обязательно учитывать, что рентгено- и радионуклидная диагностика, а также лучевая терапия обладают радиационной опасностью для персонала этих служб и пациентов. Кабинеты, в которых устанавливается рентгенорадиологическое оборудование, должны соответствовать определенным требованиям. При работе в этих кабинетах должны соблюдаться правила радиационной безопасности.
Слайд 14.
УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ. Есть с неподвижным анодом –верхний рисунок, и с вращающимся анодом – нижний рисунок :
1. Толстостенная стеклянная колба, внутри которой вакуум. С противоположных концов в нее впаяны два электрода: катод и анод.
2. Катод - вольфрамовая спираль, на нее подан ток низкого напряжения. Спираль нагревается, вокруг нее образуется «электронное облако».
3. Анод - изготовлен из медного стрежня (для отведения тепла) на поверхности которого закреплено вольфрамовое «зеркало». Анод может быть неподвижным. Чаще бывает вращающийся анод. Чтобы меньше был нагрев и дольше служила трубка.
4. К полюсам (электродам) рентгеновской трубки подводится постоянное высокое напряжение порядка 25 – 140 киловольт.
Слайд 15.
ЭТАПЫ РАБОТЫ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ:
- когда не включено высокое напряжение, нет рентгеновского излучения.
- включено высокое напряжение между анодом и катодом. Электроны от катода устремляются к аноду; при взаимодействии ускоренных электронов с атомами вещества анода образуется рентгеновское излучение. КПД рентгеновской трубки - 1%.
Слайд 16.
Природа рентгеновского излучения:
Рентгеновское излучение - это электромагнитные колебания (волны), возникающие в момент столкновения ускоренных электронов с атомами вещества анода рентгеновской трубки. В электромагнитном поле рентгеновы лучи не отклоняются. Распространение прямолинейное, расходящимся пучком. Скорость- около скорости света.
Слайд 17.
Основные свойства рентгеновского излучения:
Свойство излучения | Описание свойства |
1. Проникающая способность | Способность проникать через вещества и среды, непрозрачные для видимого света |
2.Различное поглощение излучения средами | Способность поглощаться средами, зависит от свойств вещества (атомный вес, толщина, плотность). Чем плотнее и объемнее ткань, тем больше поглощение лучей. Например, в костях будет наибольшее поглощение рентгеновского излучения. |
Слайд, пожалуйста. 3. Флюоресценция | Способность вызывать свечение люминофоров. Используется при проведении рентгеноскопии или рентгенпросвечивания. Также - для производства усиливающих экранов. |
4. Фотохимическое действие | Способность засвечивать фотоматериалы (восстановление металлического серебра из его галогенидов). Благодаря чему на рентгеновской пленке получается изображение. |
5. Ионизирующее действие | Способность преобразовывать электрически нейтральную среду в электропроводную (способность образовывать ионы) |
6. Биологическое действие | Способность вызывать изменения в биологических тканях, в том числе и в организме человека. |
Слайд 18.
Запишем с Вами некоторые понятия:
1. Источник рентгеновского излучения - рентгеновская трубка или излучатель.
2. Объект исследования – человек, его органы и системы. Может быть животное, например, рентгенодиагностика часто применяется в ветеринарии. Может быть неживой объект - металлическая деталь, труба, сварной шов между трубами.
Вот мы пропустили рентгеновские лучи через интересующий нас объект. Далее информацию о том, как изменился пучок рентгеновских лучей, нужно поймать на
что– то, чтобы получилось изображение. То есть нужен приемник излучения.
3. Приемники излучения:
-рентгеновская пленка ( на этом основана рентгенография и обычная томография)
-флюороресцирующий экран ( соответственно рентгеноскопия и флюорография)
-селеновая пластина (методика- электрорентгенография)
-датчики ионизирующего излучения, преобразующие его в электрические сигналы
(на этом -компьютерная томография, цифровая рентгенография, цифровая рентгеноскопия, цифровая флюорография).
Устройство типового рентгенодиагностического аппарата:
1. Рентгеновская трубка или она же излучатель, не меньше одной.
2. Блок питания (входит трансформатор и выпрямитель).
3. Штативное устройство и стол для укладки пациента.
4.Пульт управления.
5. Приемники излучения (флюоресцирующий экран, кассеты с пленкой, датчики ионизирующего излучения, селеновая пластина).
Слайд 19. Рентгенодиагностические аппараты бывают общего назначения (типовые, универсальные), на которых можно проводить рентгенпросвечивание и выполнять рентгеновские снимки всех частей тела. Есть также специализированные аппараты: для рентгенисследований в неврологии, стоматологии, урологии, маммологии, ангиологии. Кроме того, созданы специализированные рентгенаппараты для педиатрии, проведения флюорографии, исследований в операционных и палатах.
Слайд 20.Перед Вами стационарный рентгенодиагностический аппарат общего назначения.Он оснащен двумя рентгеновскими трубками. Одна из них для рентгеноскопии. Видите, она чуть выглядывает из-под универсального, поворотного стола для рентгеноскопии. Хорошо видно экрано-сьёмочное устройство с электронно-оптическим преобразователем и усилителем рентгеновского изображения. Защитный фартук. Монитор на колесиках. На нем смотрят изображение, проводя рентгентелевизионное просвечивание. Вторая рентгентрубка, её хорошо видно, предназначена для рентгенографии и обычной томографии. Она –над вторым столом, с плавающей декой. Вдали видна стойка для вертикальной рентгенографии.
Слайд 21. Еще пример- универсальный рентгенаппарат с одной рентгеновской трубкой. Недостаток - можно проводить или рентгенографию или рентгеноскопию. Если выйдет из строя трубка, то ничего нельзя проводить.
Слайд 26. Палатный или мобильный рентгенаппарат, импортного производства. Тоже Вам видно, что есть рентгентрубка, подвижной штатив, соединенный с основным корпусом. Там, внутри, должен быть расположен блок питания. Вверху- пульт управления. Какие отличия от стационарного аппарата? Во-первых, нет экрано-сьемочного устройства, так как рентгеноскопия в палатах не проводится. Потребность только в рентгенографии. Во-вторых, у импортных моделей более совершенная схема выпрямления тока и качество рентгенограмм повыше. В -третьих. аппарат на колесиках, то есть его можно переместить внутри больницы куда нужно. В-четвертых, вполне вероятно, у него есть собственный моторчик к колесикам. То есть он может ехать, куда желательно, при меньших физических усилиях персонала.. В –пятых, вполне возможно, что у него есть аккумуляторы. Их наличие позволяет выполнять автономно рентгенограммы. То есть независимо от наличия или отсутствия напряжения в сети или в конкретной розетке. Допустим, в течение двух или четырех часов. Такие рентгенаппараты сильно нравятся рентгенлаборантам, потому что облегчают их труд.
Слайд 29. Некоторые требования к рентгенодиагностическим исследованиям:
-диагностические рентгенологические исследования необходимо проводить строго по клиническим показаниям,
-перед исследованием необходимо обосновать показания и указать конкретную цель,
-при неотложных состояниях рентгенологическое исследование осуществляют независимо от сроков предыдущего исследования,
- окончательное решение о проведении исследования принимает врач-рентгенолог или врач- лучевой диагност, определяющий необходимый объем и методику исследования
Слайд 30.
Противопоказания к рентгенологическим исследованиям:
-нельзя проводить профилактические рентгеноскопические исследования,
-нельзя проводить флюорографические исследования детям,
-нельзя проводить флюорографию молочных желез,
- нельзя проводить электрорентгенографию детям,
-без строгих клинических показаний нельзя проводить рентгенологические исследования беременным женщинам и кормящим матерям.
Слайд 31.
Какие есть рентгенологические методики исследования?
Основные или традиционные:рентгеноскопия и рентгенография.
Дополнительные:
-флюорография,
-обычная или линейная томография,
-томография компьютерная,
-рентгеноостеоденситометрия,
-интервенционная рентгенология или радиология.
Специальные:
-с применением контрастных веществ,
-рентгенфункциональные.
Рассмотрим эти методики.
Слайд 32. Рентгеноскопия: два вида
-прямая рентгеноскопия –метод получения медицинского диагностического изображения на флюоресцирующем экране с помощью рентгеновых лучей,
-рентгенотелевизионное просвечивание –рентгеноскопия с помощью усилителя рентгеновского изображения (УРИ), в состав которого входят рентгеновский электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и телевизионная система.
Слайд 33. Перед Вами иллюстрация обоих видов рентгеноскопии:
-прямая –рентгеновские лучи прошли через пациента и изображение видно рентгенологу на флюоресцирующем экране. Флюоресцирующий экран –картон, покрытый люминофором. Вещество, которое под влиянием рентгеновских лучей начинает светится. Интенсивность свечения зависит от количества рентгеновских квантов, которые попали на каждую точку экрана. Со стороны, обращенной к врачу, экран покрыт просвинцованным стеклом. Оно ослабляет прямое воздействие рентгеновского излучения. Флюороресцентный экран светится слабо, поэтому рентгеноскопию выполняют в затемненном помещении. Перед этим у врача должна быть темновая адаптация в течение 20 – 30 минут. Изображение на светящемся экране видно не очень хорошо, мелкие детали его не видны. Причина – крупные кристаллики люминофора. Поэтому и придумали усовершенствованный вариант.
-рентгенотелевизионное просвечивание:ЭОП – это вакуумная трубка, с одной стороны которой также рентгеновский флюоресцирующий экран. С него изображение попадает на фотокатод. Превращается в поток электронов. Под воздействием ускоряющего поля и в результате фокусировки энергия электронов значительно возрастает. Этот поток попадает катодно-люминесцирующий экран, расположенный с другой стороны ЭОПа. На нем будет уже очень яркое изображение, аналогичное исходному. Это изображение через систему зеркал и линз передается на телевизионную трубку.
С неё электрические сигналы можно передать на телевизионный канал и на экран монитора. Можно выполнять видеозапись.
Слайд 34.
Рентгенография- бывает нескольких видов:
а) прямая, она же аналоговая, она же обычная, она же пленочная рентгенография – получение медицинского диагностического изображения на рентгеновской пленке после прохождения рентгеновских лучей через снимаемый обьект. Рентгеновская пленка содержит бромистое серебро, которое при воздействии излучения разлагается с образованием микрочастиц металлического серебра. После фотохимической обработки пленки проявляется как бы её потемнение - на пленке получается негативное изображение. Где рентгеновских лучей попало больше –там больше серебра, больше потемнение. Где меньше попало лучей –посветлее. Рентгенпленку перед выполнением снимка заряжают в фотолаборатории в кассету, стенки ее непрозрачны для обычного освещения. Одна стенка прозрачна для рентгеновых лучей. Внутренние стенки кассеты покрыты усиливающими экранами. Между ними помещается рентгенпленка. Зачем нужны усиливающие экраны? На заре рентгенодиагностики было обнаружено, что рентгеновская пленка воспринимает очень малую часть рентгеновских лучей. Примерно один процент. Значит, для качественного снимка нужно повышать экспозицию на трубке. То есть включать ее на большее время. Тогда возрастает лучевая нагрузка на пациента и идет износ рентгентрубки. Но человечество, оно же умное. Вспомнили, что есть люминофоры, которые светятся под воздействием икс –лучей. Усиливающие экраны как раз и выполнены из люминофоров.
Слайд 35. Смотрите, что получается. Рентгенпленка изготавливается с двухсторонним покрытием эмульсией из бромистого серебра. Вот с двух сторон у рентгенпленки усиливающие экраны. При рентгенографии происходит как-бы тройное засвечивание пленки рентгеновскими лучами: от самих рентгенлучей и с двух сторон от того, что светятся усиливающие экраны. То есть усиливается фотохимическое действие. Главное назначение усиливающих экранов- уменьшить экспозицию, а значит, и радиационное облучение пациента.
Слайд, пожалуйста. Понятия "негатив" и "позитив"
Негативное изображение получается на рентгеновской пленке, позитивное – на рентгеноскопическом экране. То есть на рентгенпленке участок инфильтрации будет выглядет светлым, потому что он задержит больше рентгеновских лучей. А мы будем называть –затемнение. На флюооресцирующем экране этот же участок инфильтрации будет темным.
Слайд 36. б) следующий вид рентгенографии – электрорентгенография.В качестве приемника рентгеновского изображения применяли селеновые пластины. Перед экспонированием их заряжали на специальных аппаратах- ЭРГАх. Потом, после экспозиции, обрабатывали по специальной технологии. Затем распечатка шла на обычную бумагу. В реалиях метод себя не оправдал из-за высокой лучевой нагрузки, ненадежности аппаратов для зарядки и обработки, большого числа артефактов и искажения изображения. Поэтому –только исторический аспект.
Слайд 37. в) цифровая или, синонимы, дигитальная, вычислительная рентгенография.Характерным является представление рентгеновского изображения в цифровом варианте. Различают следующие системы цифровой рентгенографии:
1. Люминисцентная цифровая рентгенография.
2. электронно-оптическая цифровая рентгенография и рентгеноскопия.
3. Сканирующая цифровая рентгенография.
4. Селеновая или силиконовая цифровая рентгенография.
Что Вам желательно усвоить? При всех способах цифровой рентгенографии рентгеновское изображение улавливается теми или иными датчиками или детекторами ионизирующего излучения. Потом идёт преобразование в электрический сигнал.
Слайд 39. К достоинствам метода можно отнести:
- высокое качество изображения,
- быстрое получения изображения
- дешевизну (не расходуется рентгеновская пленка),
- уменьшение числа бракованных снимков,
- более низкую лучевую нагрузку (чувствительность цифровой матрицы значительно выше, чем чувствительность рентгеновской пленки),
- возможность компьютерной обработки рентгенограмм,
- возможность хранения изображений и служебной информации на магнитных или оптических носителях (дисках) неограниченное время в неограниченном количестве;
- возможность распечатывать изображение на бумагу или пленку.
- Также можно передавать изображение как внутри больницы, так и за её пределы.
Недостатки –
-метод не может считаться полностью объективным, так как допускается «редактирование» изображения в графических редакторах;
качество отпечатков на бумаге значительно ниже, чем качество традиционных рентгенограмм.
Еще один недостаток- как у всякого компьютера: сервер завис и всё зависло, вся работа остановилась.
Слайд 40. Цифровая люминесцентная рентгенография (ЦЛР). Есть у нас в ОКБ. Применяемые пластины (приемники изображения) состоят из запоминающих люминофоров. После их экспонирования рентгеновским излучением последовательно, точка за точкой сканируются специальным лазерным устройством с получением цифрового сигнала. Запоминающая пластина может быть использована в обычных кассетах, а затем изображение считывается лазерным лучом. Компьютерное устройство переводит эти данные в видимое изображение на мониторе или распечатываются лазерным принтером.
Дополнительные рентгенодиагностические методики:
Слайд 43.
Флюорография. Рентгенологический метод исследования, заключающийся в фотографировании изображения с рентгеновского флюоресцентного экрана или экрана ЭОПа. Пленочная флюорография: среднекадровая – размер кадра фотопленки 70 х 70 миллиметров, крупнокадровая – размер соответственно 100 х 100 миллиметров или 110 х 110 миллиметров.
Большая пропускная способность, меньшая по сравнению с рентгеноскопией лучевая нагрузка. Назначение – массовые профилактические обследования. Основной метод для ранней диагностики туберкулеза, а также иных заболеваний органов грудной клетки. Наиболее совершенной является цифровая флюорография. Такой цифровой флюорограф установлен в нашей Окружной Клинической Больнице. Прекрасное качество изображения, я сам читал эти флюорограммы. При экономических затруднениях пленочная флюорография используется для рентгенодиагностики. Например, заболеваний придаточных пазух носа, остеохондроза шейного отдела позвоночника, переломов костей предплечья, плече-лопаточного периартрита.
Слайд 44. Рисуем себе схему: рентгеновская трубка – со спины пациента, пациент установлен передней поверхностью грудной клетки к флюоресцирующему экрану. Изображение с экрана фотографируется фотокамерой на рулонную высокочувствительную фотопленку. То есть флюорограмма- это фотография на высочувствительной фотопленке, а не маленькая рентгенограмма.
Существуют стационарные и передвижные флюорографы. Первые устанавливаются в поликлиниках и поликлинических отделениях.
Слайд 45. Примеры моделей флюрографов перед Вами.
Передвижные монтируются на специальных автомобилях с повышенной проходимостью. Там же есть маленькая фотолаборатория, а также спальные места для врача - рентгенолога, рентгенлаборанта и водителя. Передвижные флюорографы предназначены для охвата населения в отдаленных местах и малых селах. Кроме того, передвижные флюорографы устанавливают на плавучих поликлиниках. Оба эти варианта – реально действующие в Ханты-Мансийском Округе.
Слайд 46.
Рентгеновская продольная или обычная томография. Понятие «томография» -метод послойного рентгенологического исследования. Рентгеновская трубка и кассета с пленкой соединены рычагом в единую систему и в момент съемки движутся в противоположных направлениях вокруг центра вращения, находящегося на уровне исследуемого слоя. В остальных слоях изображение оказывается размазанным. При изменении положения центра вращения можно изменять уровень исследуемого слоя.
Слайд 47. Схематически это представлено на данном слайде.
Преимущества:
-Возможность получения изображения на заданном уровне
-Объективность метода, так как томограмма, как и всякая рентгенограмма - это документ.
-Есть возможность проведения исследования в любом рентгеновском кабинете, оснащенном томографической приставкой.
Основной недостаток – высокая лучевая нагрузка, так как длительное время экспозиции. То есть прохождение излучения через тело пациента значительно больше, чем при обычной рентгенографии.
Слайд 48. Перед нами – подготовка к проведению томографии. Вверху- рентгеновская трубка на штативе, соединена рычагом с кассетой, в которой рентгенпленка. Центр вращения расположен на уровне среза. Кассета – в столе для рентгенографии и томографии, пациентка – на столе. При томографии штатив, на котором трубка, передвигается электромотором, при этом трубка и кассета с пленкой перемещаются противоположно. Синхронно идет экспозиция рентгеновскими лучами.
Слайд 49. Перед Вами –пример продольной томографии органов грудной клетки в прямой проекции.
Компьютерная томография (КТ) или иногда рентгеновская компьютерная томография- РКТ.
Компьютерная томография – это послойное рентгенологическое исследование, основанное на компьютерной реконструкции изображения, получаемого при круговом сканировании объекта узким пучком рентгеновского излучения.
История. Идею РКТ в 1963 году подал южноафриканский физик Аллен Кормак. В 1970 году эту идею взялся осуществлять английский инженер Годфри Хаунсфилд с группой единомышленников. В 1972 году была выполнена первая прижизненная КТ пациентки с подозрением на опухоль головного мозга. В том же, 1972 году инженер Хаунсфилд и врач Амброус выступили с сенсационным сообщением «Рентгенология проникает в мозг». В 1979 году А.Кормаку и Г. Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия. Есть мнение, что открытие и реализация компьютерной томографии примерно равна открытию рентгеновых лучей.
Слайд 54. Вкратце разберем, как получают компьютерные томограммы.
Посмотрите, по одной стороне круга, в центре, которого пациент, двигаются одна или несколько рентгеновских трубок с узким пучком излучения. По другой стороне –множество датчиков или детекторов ионизирующего излучения. Они улавливают эти ослабленные из-за поглощения рентгеновские лучи. Затем идет преобразование в электрические сигналы, а далее в цифровой код. То есть детекторы собирают информацию в каждой из многих проекций. Информация затем оцифровывается и анализируется компьютером. На основе полученных данных компьютер реконструирует на экране дисплея поперечное КТ изображение в виде двумерного изображения органов. При КТ рентгеновскими лучами экспонируют только тонкие срезы ткани. Отсутствует мешающее наложение и размывание структур, расположенных вне выбранных срезов. Врач обрабатывает изображение применительно поставленной перед ним задаче. Может его увеличивать или уменьшать, выделять зоны интереса, определять размеры органа, число или характер патологических образований. Изображение обычно помещают на хранение в долговременную память или сбрасывают на твердый носитель –фотопленку большого размера. Можно передавать изображение по компьютерным сетям и по Интернет.
Слайд 56. КТ обладает рядом преимуществ перед обычным рентгенологическим исследованием. Прежде всего большей чувствительностью. КТ позволяет дифференцировать отдельные ткани друг от друга, отличающиеся по плотности в пределах 1-2 % и даже 0,5 %. На рентгенограмме этот показатель составляет 10 –20 %. То есть КТ чувствительнее рентгенографии в сто раз. КТ дает точную количественную информацию о размерах и плотности нормальных и патологических тканей.
Слайд 57. При КТ есть возможность определения плотности тканей на отдельных участках. Её измеряют в условных единицах – единицах Хаунсфилда. За нулевую отметку принята плотность воды. Плотность кости составляет плюс 1000 единиц Хаунсфилда. Плотность воздуха равна минус 1000 единиц Хаунсфилда. Остальные ткани человеческого организма составляют по плотности от нуля до минус трехсот единиц.
Основное применение КТ – дифференциальная диагностика. То есть когда обычные рентгенологические исследования не дают окончательного ответа. Чаще это исследования костных структур, головного и спинного мозга, паренхиматозных органов, сосудов (с применением искусственного контрастирования), легких и средостения.