До этого момента мы рассматривали вопросы истории развития компьютерной томографии, устройство томографа, технологиях КТ, показания для проведения исследования различных внутренних структур организма, современные технологии (контрастная томография, КТ-ангиография, исследование перфузии, денситометрия, интервенционная КТ).  Сейчас остановим свое внимание на принципах получения томографического снимка, параметрах, влияющих на его качество.

Двумерное плоское изображение состоит из элементов, называемых пикселами, которые имеют форму прямоугольников, а объемное трехмерное изображение – из вокселов (параллелепипеды), каждый из которых обладает определенной степенью поглощения излучения. Степень поглощения зависит от плотности ткани. Чем больше поглощается излучение, тем светлее на томограммах получается объект (костная ткань), чем меньше структуры поглощают излучение, тем темнее получаются на снимке (жидкость, воздух). Полученное под разными углами множество проекций воксела позволяет вычислить его плотность на основе измеренного ослабления излучения. С увеличением числа проекций для каждого отдельного элемента объема можно точнее рассчитать его плотность, улучшая этим качество снимков.

После выполнения расчетов плотности всех вокселов каждый из них усредняется по толщине, проецируется на экран в виде пикселя - срез отображается двумерно.

Для количественной, визуальной оценки плотности структур организма используется шкала Хаунсфилда (шкала денситометрических показателей, HU), которая представляет собой шкалу ослабления рентгеновского излучения по отношению к дистиллированной воде. Для вещества X с линейным коэффициентом ослабления µх величина HU расчитывается по формуле:

(µх- µводы)/( µводы- µ воздуха) * 1000,

где µ воздуха, µводы - линейные коэффициенты ослабления для воздуха и воды при стандартных условиях. Одна единица шкалы Хаунсфилда соответствует 0,1 % разницы ослабления излучения между водой и воздухом, или примерно 0,1 % коэффициента ослабления воды, т.к. коэффициент ослабления воздуха практически равен 0.

Диапазон единиц шкалы, соответствующих степени ослабления излучения тканями и органами, находится в пределах от -1024 до +3071, т.е. содержит 4096 оттенков серого. Средний показатель шкалы Хаунсфилда – 0 HU – соответствует плотности воды при стандартных значениях температуры и давления. Положительные величины соответствуют костной ткани, мышечной, соединительной, прочим мягким тканям, более плотному веществу (металлу). Обызвествления и кости за счет значительного содержания кальция характеризуются КТ-числами до 2000 HU. Отрицательные значения шкалы Хаунсфилда соответствуют легочной, жировой тканям, воздуху.

Поскольку все 4096 оттенков шкалы глаз различить не могут, при просмотре используется окно – ограниченный интервал отображаемой плотности по шкале Хаунсфилда.  Каждый вид ткани характеризуется своим диапазоном плотности, следовательно, имеет свое окно. Существуют следующие наборы окон для просмотра структур: брюшная полость, головной мозг, сосуды, позвоночник, синусы, мягкие ткани, толстый кишечник, средостение, печень, легкие, кости, внутренний слуховой канал, дентальные окна. К примеру, окно для исследования мозга обладает диапазоном 24-45 HU, для бесконтрастного исследования печени – диапазон от -60 до 140 HU, для пирамид височной кости -1300/2700 HU, мягких тканей с контрастным усилением -130/270 HU.

Если структуры по плотности выходят за нижнюю границу окна, они отображаются черным цветом, при выходе за верхнюю – белым. При исследовании однородных по плотности областей используют узкое окно, если структуры существенно отличаются по плотности, пользуются широкими окнами. Ширина окна отражает диапазон оттенков серого, уровень окна (центр окна) – центр шкалы оттенков серого.

Рассмотрим параметры, влияющие на качество томографического изображения.

1. Контрастная разрешающая способность. Под контрастом понимается относительная разница интенсивностей соседних участков изображения. При численной разности интенсивностей двух элементов, отличной от нуля, элементы являются различимыми. При нулевом значении разности двух пикселов они не обладают контрастом - их различить невозможно. С увеличением разности интенсивностей элементов улучшается контрастность.

Высокая контрастная разрешающая способность делает возможным раздельную визуализацию близкорасположенных объектов, незначительно отличающихся по плотности.

Существует понятие низкоконтрастной компьютерной томографии. Это не означает получение снимков низкого контраста. Низкоконтрастная КТ позволяет определять на снимке низкоконтрастные детали и выполняется путем сканирования более толстых срезов, использует сглаживающие фильтры, является наиболее востребованной в изучении мягких тканей (головного мозга, печени).

2. Пространственная разрешающая способность (разрешение). Под разрешением подразумевается наименьшее разделение между двумя элементами, выражающееся в виде линейного или углового измерения, при котором два элемента визуально различимы в определенных условиях. С увеличением разрешающей способности можно четче визуализировать мелкие детали. В основном разрешение определяется размером пикселя детектора. Средний показатель составляет 1,5-3 пл/мм, а наиболее распространенное значение – 2-2,5 пл/мм.

Для получения высокого разрешения существует ряд мер: съемка на малом фокусном пятне, выбор максимально тонкого среза сканирования, пошаговый режим, уменьшение ширины элемента детектора.

При увеличении разрешения снижается контраст и наоборот. Это происходит от того, что с повышением пространственного разрешения растет шум, что неблагоприятно влияет на контраст. Поэтому приходится делать выбор между увеличением контрастной или пространственной разрешающей способности. Кроме этого, для диагностики необходимо выбирать между быстрым временем сканирования и высоким разрешением - если требуется получить снимок с высоким разрешением, выполняется сканирование тонкими срезами, что значительно замедляет исследование.

Помимо перечисленных факторов, на качество снимка влияют возможные артефакты. Существуют следующие виды артефактов:

• артефакт движения (проявляется в виде размытости, искажения изображения. Возникает из-за движения органов или пациента во время исследования, расхождения плоскостей перемещения трубки и детектора, отклонения фокусного пятна).
• затухания фотона (заметен в виде сильных полос на участках с объектами, обладающими высокой плотностью). Причиной является недостаточное количество фотонов, достигающих детектора. Артефакт устраняется увеличением тока на рентгеновской трубке, однако при этом возрастает лучевая нагрузка на пациента.
• круговой артефакт (на изображении располагается вокруг оси вращения. В мультиспиральной КТ возникает по причине различий в чувствительности элементов детектора).
• артефакты в виде звезды или расходящихся лучей. Получаются из-за влияния металлических элементов.
• малой выборки (проявляется в виде тонких полос, отходящих от границ плотной структуры и параллельных этим границам).
• артефакт частичного заполнения (возникает при сильном различии по плотности структур, проявляется в виде светлых и темных полос).
• артефакты из-за увеличения жесткости излучения (появление ложных структур, заметные как темные полосы, впадины между костными элементами). Данные вид артефактов возникает из-за сильного поглощения низкоэнергетического излучения плотными структурами - пучок становится более жестким, ослабление излучения уменьшается, а интенсивность растет.
• «удлинения». Если объект является тонким и длинным, то на полученном изображении он будет выглядеть длиннее своих реальных размеров.
• артефакт в виде зернистости при МСКТ возникает в результате использования широкого пучка. С увеличением рядов детекторов томографа зернистость менее заметна.

Значимость артефактов, их количество в мультиспиральной КТ гораздо ниже, чем при пошаговой компьютерной томографии, а самым существенным вопросом любого вида сканирования является наличие металлических элементов в тканях, т.к. это вызывает ограничения для диагностики пациентов, имеющих в организме металлические конструкции.

Также здесь Вы можете подробнее узнать о физике МРТ, истории ее развития и современных технологиях.