Рентгенология. Реферат Монахова А.А.. Алгоритмы реконструкции и обработки изображений
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
Методы, регулирующие размеры получаемого изображения. К ним относятся: телерентгенография и прямое увеличение рентгеновского изображения. Телерентгенография (снимок на расстоянии). Основная задача метода — воспроизведение рентгенологического изображения, размеры которого на снимке приближаются к истинным размерам исследуемого объекта. При обычной рентгенографии, когда фокусное расстояние составляет 100 см, мало увеличиваются лишь те детали снимаемого объекта, которые находятся непосредственно у кассеты. Чем дальше отстоит деталь от пленки, тем больше степень увеличения. Показания: необходимость воспроизведения изображения объекта, размеры которого максимально приближаются к истинным — исследование сердца, легких, челюстно-лицевой области и др. Методика: объект исследования и кассету с пленкой отодвигают от рентгеновской трубки на значительно большее, чем при обычной рентгенографии расстояние — до 1,5–2 м, а при исследовании лицевого черепа и зубочелюстной системы — до 4–5 м. При этом изображение на пленке формируется центральным (более параллельным) пучком рентгеновских лучей (рис. 3).  Прямое увеличение рентгеновского изображения достигается в результате увеличения при рентгенографии расстояния «объект–пленка». Показания: методика чаще используется для исследования тонких структур — костно-суставного аппарата, легочного рисунка в пульмонологии. Методика: кассету с пленкой удаляют от объекта на некоторое расстояние при фокусном расстоянии 100 см. Расходящийся пучок рентгеновских лучей в этом случае воспроизводит увеличенное изображение. Наилучшее по качеству увеличенное изображение получают при использовании коэффициента в пределах 1,5–1,6 (рис. 4). При выполнении метода прямого увеличения целесообразно использовать рентгеновскую трубку с микрофокусом (0,3×0,3 мм и менее). Небольшие линейные размеры фокуса уменьшают геометрическую нерезкость изображения и улучшают четкость структурных элементов. Методы пространственного исследования. К ним относятся: линейная и компьютерная томографии, панорамная томография, панорамная зонография. Линейная томография — методика послойного исследования с получением изображения объекта (органа) на заданной глубине. Осуществляется при синхронном движении в противоположных направлениях рентгеновской трубки и кассеты с пленкой по параллельным плоскостям вдоль неподвижного объекта под углом 30–50° (рис. 5).  Толщина выявляемого среза зависит от размеров томографического угла и чаще составляет 2–3 мм, расстояние между срезами (томографический шаг) устанавливается произвольно, обычно 0,5–1 см. Линейная томография используется для исследования органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, органов брюшной полости, костно-суставного аппарата и др. Линейная зонография — послойное исследование (томография) на линейном томографе под малым углом (8–10°) движения рентгеновской трубки. Толщина среза — 10–12 мм, томографический шаг — 1–2 см. Панорамная зонография — послойное исследование лицевого черепа с помощью специального многопрограммного панорамного аппарата, при включении которого рентгеновская трубка совершает равномерное движение вокруг лицевой области головы, при этом изображение объекта (верхняя и нижняя челюсти, пирамидки височных костей, верхние шейные позвонки) записывается узким рентгеновским лучом на изогнутую по форме лица кассету с пленкой. РКТ — это послойное рентгенологическое исследование объекта с помощью компьютерной реконструкции изображения, получаемого при круговом сканировании объекта узким пучком рентгеновского излучения. Использование множества проекций для получения одного изображения принципиально отличает КТ от всех остальных рентгенологических методик, в том числе и цифровой рентгенографии. На рентгеновском снимке (пленочном и цифровом) или люминесцентном экране изображение возникает после прохождения излучения в одном направлении (одной проекции). При этом происходит обязательная суммация, взаимное наложение составных частей исследуемого объекта. Эффект суммации может быть частично уменьшен с помощью продольной томографии. Однако в этих случаях сказывается влияние анатомических структур, расположенных выше и ниже выделяемого томографического слоя. Изображение при КТ лишено суммационного эффекта. На его формирование не оказывает влияние число, форма, объем и взаимное расположение тканей, через которые проходят рентгеновские лучи. Эта особенность существенно увеличивает объем информации, содержащейся в каждой компьютерной томограмме, по сравнению с рентгенограммой или обычной томограммой. Принцип РКТ основан на послойном исследовании органов и тканей тонким импульсным пучком рентгеновского излучения в поперечном сечении с последующей компьютерной обработкой тонких различий поглощения рентгеновских лучей и вторичным получением томографического изображения исследуемого объекта на мониторе или пленке (рис. 6).  КТ позволяет изучить положение, форму, размеры и структуру различных органов и систем, а также их соотношение с другими органами и тканями. Основой компьютерно-томографического процесса является вычисление линейного коэффициента ослабления рентгеновского излучения в каждой из использованных проекций при сканировании объекта. Построение изображения можно условно разделить на три этапа: сбор проекционных данных в процессе сканирования, реконструкция томографического слоя и его изображение на экране монитора. Современные рентгеновские компьютерные томографы состоят из 4 частей: – сканирующая система (рентгеновская трубка и детекторы); – высоковольтный генератор — источник питания на 140 кВ и с силой тока до 200 мА; – пульт управления (клавиатура управления, монитор); – компьютерная система, предназначенная для предварительной обработки поступающей от детекторов информации и получения изображения с оценкой плотности объекта. Сканирующее устройство компьютерного томографа, или гентри, представляет собой металлическую кольцевидную раму, на которой закреплены рентгеновская трубка и система детекторов. Рентгеновская трубка движется вокруг объекта, расположенного в окне гентри. Излучение, возникающее у анода рентгеновской трубки, суживается таким образом, чтобы получить тонкий пучок веерообразной формы. Для этого используются коллиматоры, установленные у выходного окна рентгеновской трубки и, в некоторых установках, перед системой детекторов. Ширина пучка достаточна для того, чтобы охватить весь диаметр объекта исследования. Толщина пучка рентгеновских лучей может произвольно изменяться от 1,0 (0,5) до 10 мм. Проходя через ткани, излучение ослабляется соответственно плотности и атомному составу этих тканей. Проходящий через тело пациента пучок рентгеновских лучей фиксируется, в отличие от рутинной рентгенографии, не пленкой, а специальной системой детекторов (их количество может достигать нескольких тысяч), преобразующих энергию излучения в электрические сигналы. В качестве детекторов используются кристаллы йодида натрия или полые камеры, наполненные сжатым ксеноном. Чувствительность детекторов компьютерного томографа в регистрации степени ослабления рентгеновского излучения в 100 раз превышает чувствительность рентгеновской пленки. Таким образом, получаемое при КТ изображение является не аналоговым, как в случае с традиционной рентгенографией, а цифровым. 15Вращаясь вокруг пациента, рентгеновский излучатель сканирует его тело под разными углами, проходя в общей сложности 360°. К концу одного полного оборота в памяти компьютера оказываются зафиксированными все сигналы от всех детекторов, на основании которых с помощью компьютерной обработки строится плоскостное изображение — срез. Учитывая, что срез имеет определенную толщину, изображение, получаемое при КТ, состоит не из пикселов (единиц плоскостного изображения, «квадратиков»), а из вокселов — «кубиков». Участки среза, сильно ослабляющие рентгеновское излучение, выглядят яркими, белыми или светлыми, а участки, пропускающие рентгеновские лучи, — черными или темными. КТ обладает рядом преимуществ перед обычным рентгенологическим исследованием: – прежде всего большей чувствительностью, которая позволяет дифференцировать отдельные ткани друг от друга, отличающиеся по плотности в пределах 1–2 % и даже в 0,5 % (при рентгенографии этот показатель составляет 10–20 %); – дает возможность получить точную количественную информацию о размерах и плотности отдельных органов, нормальных и патологических тканей; – в отличие от обычной томографии КТ позволяет получить изображение органов и патологических очагов только в плоскости исследуемого среза, что дает четкое изображение без наслоения лежащих выше и ниже образований; – позволяет судить не только о состоянии изучаемого органа, но и взаимоотношении патологического процесса с окружающими органами и тканями, например инвазию опухоли в соседние органы, наличие других патологических изменений; – позволяет получать ЗD-изображения зоны интереса (рис. 7).  При использовании контрастных веществ (метод так называемого внутривенного контрастного усиления) возрастает возможность более точно выявлять патологические образования, проводить дифференциальную диагностику. Стандартное программное обеспечение томографа позволяет не только получить тонкий срез исследуемой области, но и произвести масштабирование полученного изображения, выделить зоны интереса, провести измерение величин интересующих объектов. Принципиально важной является возможность получения точной количественной характеристики условной плотности тканей, измеряемой в единицах Хаунсфилда. За нулевую отметку принята плотность воды. Плотность воздуха составляет –1000, плотность кости — +1000. Остальные ткани человеческого тела занимают промежуточное положение, в большинстве случаев их плотность колеблется от 0 до 200–300 единиц по шкале Хаунсфилда. Естественно, весь диапазон плотностей одномоментно отобразить ни на пленке, ни на дисплее невозможно, поэтому во время исследования врач сам выбирает ограниченный диапазон на шкале Хаунсфилда — «окно», величина которого составляет несколько десятков единиц. Выбирается это «окно» в зависимости от планируемой зоны осмотра и предполагаемой патологии. При проведении КТ не ограничиваются получением одного среза. Выполняется пошаговая серия срезов на расстоянии 0,3–10 мм друг от друга в зависимости от области предполагаемой патологии. Современные компьютерные томографы оснащены мощным программным обеспечением и по совокупности полученных срезов могут воссоздать ЗD-реконструкцию выбранного объекта. Это существенно облегчает работу врача по трактовке полученного изображения, особенно когда зона интереса имеет большую протяженность. Также ЗD-реконструкция объекта позволяет специалистам смежных специальностей (в первую очередь хирургам) получить представление о пространственном взаиморасположении исследуемых объектов. Безусловно, проведение КТ, получение множества срезов требует определенного времени. Время между циклами сканирования оказывается значительно больше времени самого сканирования. Обычно суммарное время получения изображения составляет 2–10 с, после чего следует временной интервал в 5–15 с, необходимый для перемещения стола в новую позицию. Отсюда и техническое совершенствование аппаратов, которое заключается, в том числе, и в стремлении уменьшить продолжительность исследования. При использовании спиральной РКТ запись изображения в память ПК производится непрерывно (рис. 8).  Специальная программа ПК позволяет реконструировать полученные данные в любой иной плоскости или воспроизвести трехмерное изображение органа или группы органов. Это позволяет значительно ускорить процесс сканирования, а следовательно, сократить время обследования, снизить лучевую нагрузку и получать более качественные реконструкции изображений как в различных плоскостях, так и в ЗD-варианте. Вариантом спиральной технологии является мультисканирование. В этом случае рентгеновская трубка непрерывно вращается вокруг объекта, но стол с пациентом остается неподвижным или совершает колебательные движения вперед–назад на небольшом участке. Мультисканирование позволяет получать изображение поперечного сечения объекта в реальном масштабе времени. Такой вариант сканирования используется для выполнения интервенционных процедур под контролем КТ. Основные термины, используемые при описании исследования: – гиперденсный — участок, обладающий высокой способностью поглощать рентгеновские лучи, выглядит белым (светлым), например кость, свежая кровь; – гиподенсный — участок, свободно пропускающий рентгеновские лучи, выглядит темным (черным). Например, газ, ликвор, область отека; – изоденсный — участок со средней способностью поглощать рентгеновские лучи. Например, мышечная ткань. Противопоказания к проведению исследования: – крайне тяжелое состояние пациента; – беременность. Принимая во внимание высокую диагностическую эффективность РКТ и признанный во всем мире авторитет метода, следует, однако, помнить о том, что использование современной РКТ сопряжено со значительной лучевой нагрузкой на пациента, что приводит к увеличению коллективной (популяционной) эффективной дозы. Последняя, например, при исследовании органов грудной клетки (25 слоев с шагом 8 мм) соответствует 7,2 мЗв (для сравнения, доза при обычной рентгенографии в двух 18проекциях составляет 0,42 мЗв). Таким образом, лучевая нагрузка при РКТ в 36–40 раз превышает дозу обычной двухпроекционной рентгенографии, например органов грудной клетки. Данное обстоятельство диктует жесткую необходимость использования РКТ исключительно по строгим медицинским показаниям. Методы регистрации движения. Методы данной группы используются при исследовании сердца, мочевыводящей системы, пищевода, желудка и др. К ним относятся видеомагнитная запись и УЗИ. Видеомагнитная запись (ВЗ) — метод динамического исследования. Осуществляется в процессе рентгеноскопии через ЭОП. Изображение в виде телевизионного сигнала записывается с помощью видеомагнитофона на магнитную ленту и благодаря многократному просмотру позволяет изучить функцию и анатомические особенности исследуемого органа без дополнительного облучения пациента. Методы радионуклидной диагностики. Радионуклидная диагностика — самостоятельный научно обоснованный клинический раздел медицинской радиологии, предназначенный для распознавания патологических состояний отдельных органов и систем с помощью радионуклидов и меченых соединений. Эти исследования основаны на принципе регистрации и измерения излучений от введенных в организм радиофармацевтических препаратов (РФП) или радиометрии биологических сред. РФП — это разрешенное к применению с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится определенный радионуклид. РФП бывают разными по химическому составу, содержащемуся в нем радиоактивному изотопу, и в зависимости от этого они по-разному накапливаются в различных органах, тканях и выводятся из организма. РФП разнообразны, в них используются различные изотопы: I-131, I-125, Tc-99m, In-113m, Xe-133, Au-198, Se-75, Hg-197 и др. Наиболее широко применимы в клинической практике изотопы Tc-99m. К РФП, применяемым для диагностических целей, предъявляется ряд требований: – низкая лучевая нагрузка на организм обследуемого; – относительно короткий период полураспада (от 8 ч до 14 дней); – удобный для регистрации энергетический спектр излучения; – химическая нетоксичность; – определенные биологические свойства. Способность РФП избирательно накапливаться в органах или областях-мишенях делает этот метод незаменимым при изучении в физиологических условиях функционального состояния отдельных органов в норме и при патологии. Метод дает возможность также визуализировать отдельные органы и ткани, т. е. получить объективные данные о величине, форме, топографическом расположении органа и наличии в нем очаговых или диффузных патологических изменений. Исследования in vivo сопровождаются введением РФП пациенту преимущественно внутривенным путем и, естественно, сопровождается лучевой нагрузкой на пациента. Радиоиммунологические исследования, выполнение которых не сопровождается введением РФП в организм (in vitro), исключают лучевую нагрузку. Аппаратура для радионуклидных исследований (РНИ) устроена принципиально одинаково и состоит из трех составных частей, соединенных в следующей последовательности: – детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы; – блок электронной обработки; – блок представления данных. Показаниями для радионуклидных исследований служат функциональные и морфологические изменения различных органов и систем. Детектором обычно является сцинтиллятор, в котором под воздействием заряженных частиц или фотонов возникают световые вспышки — сцинтилляции. Таким веществом является чаще всего монокристалл (в частности, йодида натрия). Эти вспышки улавливаются фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), которые превращают световые вспышки в электрические импульсы. Сцинтилляционный кристалл и ФЭУ размещают в коллиматоре — специальном металлическом кожухе, который ограничивает «поле видения» кристалла размерами изучаемой области (фрагмента тела пациента). Радионуклидная диагностика in vivo. В клинической практике широко применяются методы, которые позволяют оценить состояние функции органов или систем. К ним относятся: радиометрия, радиография, или гамма-хронография. Метод, основанный на принципе определения состояния функции отдельных органов и систем путем получения относительных или абсолютных показателей, носит название радиометрия. Методы, основанные на принципе определения функции отдельных органов и систем путем получения записи кривой, получили следующее названия: – радиокардиография, или гамма-хронография сердца; – радиоэнцефолография, или гамма-хронография черепа; – радиоренография, или гамма-хронография почек; – радиогепатография, или гамма-хронография печени; – радиопульмонография, или гамма-хронография легких. В последнее время одним из основных методов радионуклидной визуализации является сцинтиграфия. Аппарат, на котором выполняется исследование, называется гамма-камерой. Гамма-камера позволяет за короткое время получить картину распределения радионуклида в органах. Она имеет один неподвижный датчик с сцинтилляционным кристаллом большого диаметра (до 60 см), с помощью которого можно получить на экране изображение целого органа за несколько секунд. С помощью гамма-камеры можно проводить не только изучение топографии органов (определять расположение, форму, размеры, наличие очаговых и диффузных изменений), но также исследовать их функцию, регистрировать гемодинамические процессы и др. В клинической практике часто применяется специальная методика, позволяющая визуализировать все тело пациента одномоментно. Она применяется в основном для визуализации всего скелета с целью обнаружения метастатического поражения костей. Радионуклидный метод позволяет выявить метастазы в кости и остеомиелит раньше, чем они визуализируются при рентгеновском исследовании. Радионуклидная диагностика in vitro, в частности, радиоимунный анализ (РИА). Базируется на использовании меченых соединений (антител), которые смешиваются в пробирке с биологической средой пациента (антигенами) непосредственно в лаборатории и не вводятся в организм обследуемого. Благодаря тесной связи различных органов и систем организма в норме и патологии изучение концентрации самых различных биологически активных веществ при разнообразной патологии выявляет те или иные сдвиги, являющиеся звеньями патогенетических механизмов возникновения или развития заболевания. Радиоконкурентный анализ используется: – в кардиологии (диагностика инфаркта, реноваскулярной гипертензии и др.); – эндокринологии (диагностика заболеваний щитовидной железы, поджелудочной железы, оценка функции гипофиза и др.); – гематологии (дифференциальная диагностика анемий, диагностика тромбов и др.); – аллергологии (диагностика иммунореактивности); – гепатологии (дифференциальная диагностика заболеваний печени); – онкологии (диагностика ранних форм злокачественных новообразований, контроль эффективности лечения); – нефрологии (состояние почечных клубочков). |