<<
>>

4.6.3. Рентгеновская компьютерная томография

Основным недостатком традиционных рентгенологических методов исследова­ния является проектирование трёхмер­ных структур на плоскость и, следова­тельно, наложение в получаемом изобра­жении отпечатков одних органов на дру­гие. Преодолеть этот недостаток позволи­ло создание в 1972 г. рентгеновского ком­пьютерного томографа, совершившее пе­реворот в развитии методов медицинской диагностики. Авторы этого изобретения Годфри Хаунсфилд и Аллен Кормак были отмечены в 1979 г.

Нобелевской премией по физиологии и медицине.

Слово «томография» (от греч. “то- мос” — слой и “графос” — пишу) озна­чает послойное изучение структуры объ­ектов. Под компьютерной томографи­ей понимается произвольный недеструк­тивный метод исследования, позволяю­щий получать послойные изображения внутренней структуры объекта с исполь­зованием вычислительных возможностей ЭВМ. В случае использования компью­терной томографии в задачах медицин­ской диагностики ключевым требовани­ем является сохранность всех биохимиче­ских реакций в изучаемом объекте (Уэбб, 1991; Кравчук, 2о01).

Регистрируемый при помощи компью­терной томографии сигнал даёт информа­цию о структуре в виде изменения параметров некоторого физиче­ского поля или движущихся элементарных частиц при их взаимо­действии с исследуемым объектом (Кравчук, 2001). В настоящее время к таким методам относятся рентгеновская компьютерная и магнитно-резонансная томография, а также радиоизотопные, уль­тразвуковые и биоэлектрические методы визуализации.

Для изучения состава тела применяются рентгеновская ком­пьютерная (РКТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ).

Метод РКТ основан на использовании рентгеновских лучей, ориентированных в одной плоскости и преобразованных в веер­ный пучок, пропускаемый через различные участки тела. Выхо­дящий поток регистрируется при помощи специальных детекто­ров. Ослабление интенсивности лучей определяется интегралом от функции коэффициента поглощения вдоль траектории луча, по­этому восстановление плотности сводится к нахождению функции коэффициента поглощения по множеству линейных интегралов от неё. Впервые такая задача была решена немецким математиком Радоном в 1917 г. [(Radon, 1917), см. также (Хелгасон, 1983)]. Впо­следствии это решение было переоткрыто заново и предложены новые алгоритмы решения задачи компьютерной томографии. В работах отечественных учёных Б. И. Коренблюма, С. И. Тетельбау- ма и А. А. Тютина, опубликованных задолго до работ Хаунсфил- да и Кормака, была доказана возможность решения задачи ком­пьютерной томографии и предложена первая система реконструк­ции рентгеновских медицинских изображений (Коренблюм и др., 1956; Тетельбаум, 1958). Подробное описание математических за­дач компьютерной томографии и методов их решения имеется в монографиях (Тихонов и др., 1987; Уэбб, 1991; Кравчук, 2001).

В разработке сканеров (рентгенов­ских компьютерных томографов) разли­чают пять этапов и, соответственно, на­считывают пять поколений аппаратуры [цит. по (Кравчук, 2001)]:

I поколение — просвечивание объекта пучками параллельных лучей, для пере­хода от одного пучка к другому произво­дится поворот системы;

II поколение — просвечивание пучком расходящихся лучей (веером) в сочета­нии с плоско-параллельным перемещени­ем веера и вращением;

III поколение — использование веера с широким углом раствора, который поз­воляет перекрыть всё сечение и избежать параллельного переноса, оставляя только вращение;

IV поколение — использование вращающегося веера со стаци­онарным кольцом детекторов;

V поколение — сканирование лучом, управляемым электронной схемой; в таких томографах движущиеся элементы отсутствуют,

Таблица 4.5.
Типичные значения рентгеновской плотности некоторых биологических тканей (Robb, 1982; Despres et al., 1996)
Биологическая

ткань

Рентгеновская плотность, H
Воздух -1000
Лёгкие от -900 до -750
Жировая ткань от -190 до -30
Вода 0
Мягкие ткани 23-73
Почки 23-43
Сердце 27-36
Мозг 31-39
Мышцы 30-60
Кровь 35-65
Печень 46-73
Костная ткань 985-995

однако для формирования и управления лучом требуются вакуум­ные трубки больших размеров.

Большинство клиник на Западе и многие клиники в России оснащены сканерами IV поколения. Они выпускаются фирмами Siemens, General Electric, Hewlett Packard, Philips (рис. 4.30) и другими. Томографы V поколения распространены мало. В нашей стране выпускались рентгеновские томографы промышленного и медицинского назначения первых поколений [цит. по (Кравчук, 2001)]. В настоящее время усилиями трёх предприятий — Госу­дарственного АО “Мосрентген”, компании “Рентом” (Москва) и Института физики твёрдого тела РАН (Москва) — осуществляется реализация совместного проекта по созданию отечественного рент­геновского компьютерного томографа, не уступающего по возмож­ностям западным аналогам (газета “Новые технологии”, №12(184) от 19.03.2003 г.).

Таким образом, наибольшее распространение имеют рентге­новские томографы, в которых вращается источник излучения, а принимающие детекторы располагаются по всей окружности плос­кости вращения. Иногда источник и детектор жёстко соединены друг с другом. Детекторы фиксируют интенсивность излучения при каждом угле поворота источника, что даёт информацию о структуре сканируемых участков тела. Для построения и анали­за томографических изображений предложено большое количество алгоритмов (Despres et al., 1996; Heymsfield et al., 1995). Существу­ет тенденция к использованию в спиральных томографах несколь­ких систем детекторов — так называемых мультидетекторных си­стем — с возможностью одновременного получения нескольких слоёв изображений (Блинов, 2002).

В табл. 4.5 показаны типичные значения рентгеновской плотно­сти некоторых биологических тканей в единицах Хаунсфилда. Из таблицы видно, что рентгеновская плотность костной ткани резко отличается от плотности остальных тканей организма. Это позво­ляет использовать метод РКТ в целях диагностики остеопороза. Для этого РКТ выполняется как в области поясничного позвонка, так и в участках периферического скелета. Основное преимуще­ство РКТ перед другими рентгенологическими и радиологически­ми методами диагностики остеопороза заключается в возможности исследования любого интересующего участка тела с раздельным анализом состояния кортикального и губчатого вещества костей (Grampp et al., 1997).

Однако сравнительно высокая стоимость обследования и доза облучения ограничивают применимость РКТ позвоночника. Сканирование отдельных участков периферическо­го скелета во многом лишено этих ограничений, однако обладает меньшей чувствительностью по сравнению с ДРА, выполненной в области позвоночника и бедра (Formica et al., 1998). Для диагно­стики остеопороза часто применяется радиографическая денсито­метрия руки, в принципе пригодная для скрининговых исследова­ний. Однако корреляция результатов измерений с плотностью ко­стей позвоночника и бедра, подверженных переломам значительно чаще, как правило, невысока.

Основное применение рентгеновской компьютерной томографии в медицине связано с диагностикой патологических состояний ор­ганизма, а также с планированием лучевой терапии для лечения онкологических больных. Исследования, выполненные в начале и середине 1980-х годов, показали применимость метода РКТ для изучения состава тела. Получаемые результаты относятся к тка­невому уровню многоуровневой пятикомпонентной модели состава тела. Методом РКТ можно оценить площадь поперечного сечения жировых, мышечных и костных тканей в любом участке тела. Ин­формация о структуре поперечных сечений тела вдоль его длины даёт возможность оценить массу и объём органов и тканей орга­низма. Исследования, проведённые на анатомическом материале, выявили высокий коэффициент корреляции (от 0,8 до 0,9) значе­ний площади поперечного сечения жировой ткани, оцененной ме­тодами РКТ и прямой планиметрии. Аналогичный результат был получен для величины жировй массы у лабораторных животных, оцениваемой на основе методов РКТ и химической экстракции. Величина разброса оценок общего объёма жировой ткани мето­дом РКТ для последовательных измерений, выполненных у одного и того же индивида, составила около 0,6% (Despres et al., 1996). Оценка общего содержания жировых тканей методом РКТ путём послойного сканирования тела вдоль его длины хорошо коррели­ровала с оценками методом изотопного разведения, определения естественной радиоактивности всего тела и гидростатической ден­ситометрии (Sjostrom, 1986; Kvist, 1988). Указанный результат был получен на основе изучения 22 поперечных сечений тела. Впослед­ствии оказалось, что общее содержание жира в организме можно надёжно оценить, если измерить площадь поперечного сечения жи­ровой ткани в единственном участке тела — области живота между 4 и 5 позвонками. Коэффициент корреляции этих величин соста­вил от 0,92 до 0,97, а стандартная ошибка среднего — 3,1кг для мужчин и 3,5 кг для женщин (Despres et al., 1991).

Важное преимущество метода РКТ заключается в возможности изучения пространственной структуры тканей и органов, включая раздельную оценку содержания подкожного и внутреннего жи­ра. Клинические исследования больных ожирением выявили вы­сокую корреляцию между количеством внутреннего жира в ор­ганизме и риском развития сердечно-сосудистых заболеваний и диабета, а оценка риска развития осложнений ожирения на ос­нове оценки общего содержания жировой ткани оказалась менее надёжной.

Изучение взаимосвязей между площадью внутренней жировой ткани в поперечном сечении тела в области живота, оцененной на основе метода РКТ, и различными антропометрическими показа­телями отдельно для мужчин и женщин выявило высокую корре­ляцию с величиной окружности талии и отношением окружности талии к окружности бедра (Pouliot et al., 1984). Было показано, что около 75% дисперсии указанной величины объясняется вариацией показателей окружности талии и возраста. В связи с относительно высокой стоимостью обследования и необходимостью его прове­дения в стационарных условиях были предложены антропометри­ческие формулы для оценки состава тела, основанные на данных РКТ (табл. 4.6).

Отличие результатов, получаемых методом РКТ, от результа­тов магнитно-резонансной томографии заключается в возможно­сти оценки плотности ткани в каждой точке поперечного сечения.

n R2 Ссылка
Мужчины
ЖМТ=0,05234х ПЖТ+2,8788 89 0,92 Despres et al., 1996
МЖТБП=0,0845хОТхОБ+5,12х%ЖМТ—13,715 61 0,73 Koester et al., 1992
ПСПЖТ=3,136хОТ+3,633х%ЖМТ-237,539 0,81
МЖТБП=2,125хВозраст+2,8343хОТ-225,39 110 0,74 Despres et al., 1996
МЖТБп=1,05хВозраст+3,03хОТ+4,68хИМТ-350 66 0,76 Seidell et al., 1990
ПСПЖТ=0,69хВозраст+3,88хОТ+8,83хИМТ-413 0,74
Женщины
ЖМТ=0,0593х ПЖТ+1,6589 75 0,97 Despres et al., 1996
МЖТБП=1,4 х Возраст—1,6 хВес+2,6хОБ+11,4хСД 99 0,75 Armellini et al. , 1997
МЖТБП=23,4хВЖТ+36,6хЛТС+508,2хОТБ-503 25 0,91 Svendsen et al. , 1993
Дети
МЖТбп=0,23хППЖТ+13 36 0,75 Pintauro et al. , 1996
155
Таблица 4.6. Регрессионные формулы на основе метода РКТ для вычисления общего содержания жировых тканей, а также количества внутреннего, подкожного жира и жировых тканей в брюшной полости, с использованием антропометрических и других показателей (Ellis, 2000)

ВЖТ — внутренняя жировая ткань (кг); ЖМТ — жировая масса тела (кг); ИМТ — индекс массы тела; ЛТС — логарифм суммарной толщины кожно-жировых складок; МЖТбп — масса внутренней жировой ткани в брюшной полости (по данным ДРА); ОБ — окружность бедра; ОТ — окружность талии; ОТБ — отношение окружности талии к окружности бедра; ПЖТ — площадь сечения жировых тканей в области живота (см2); ППЖТ — площадь сечения подкожной жировой ткани (см2); СД — сагиттальный диаметр минус толщина подкожного жирового слоя; %ЖМТ — процентное содержание жира в массе тела.Эту информацию вместе с данными о анатомической локализа­ции можно использовать для определения вида ткани, к которой относится данная точка изображения. Оценка массы тела и его отдельных органов и тканей на основе РКТ достаточно надёжна и точна (Sjostrom, 1991).

Выводы. РКТ является эталонным методом определения со­става тела на тканевом уровне. Метод даёт возможность раз­дельного мониторинга количества подкожного и внутреннего жира, а также массы скелетных мышц и внутренних органов. Преимущество метода заключается в его высокой разрешающей способности и точности. Недостаток связан с высокой стоимостью обследования, использованием радиоактивного источника излуче­ния и необходимостью проведения обследования в стационарных условиях.

4.7.

<< | >>
Источник: Мартиросов Э.Г.. Технологии и методы определения состава тела человека / Э.Г. Мартиросов, Д.В. Николаев, С.Г. Руднев. — М.: Наука,2006. — 248 c. — ISBN 5-02-035624-7 (в пер.).. 2006

Еще по теме 4.6.3. Рентгеновская компьютерная томография:

  1. Компьютерная томография
  2. Компьютерная томография
  3. Компьютерная томография головного мозга
  4. Позитронно-эмиссионная томография
  5. Томография с использованием магнитных колебаний
  6. Магнитно-резонансная томография головного мозга
  7. КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ
  8. Краткая хронология компьютерных технологий
  9. РЕФЕРАТ. ВЛИЯНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ НА ЧЕЛОВЕКА2018, 2018
  10. РЕФЕРАТ. КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕРМОГРАФИЯ В ДИАГНОСТИКЕ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ ГЛАЗА И ОРБИТЫ2018, 2018
  11. Основные параклинические методы диагностики заболеваний опорно-двигательного аппарата
  12. Диагноз
  13. Лекарственные средства f-элементов
  14. 4. Лучевые методы диагностики
  15. СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ