Úterý, Říjen 16

Výpočetní tomografie neboli CT: jak fungují zobrazovací metody v medicíně II.

Výpočetní tomografie (CT)

Vyřešit problém „RTG řezu“ se podařilo až se zavedením počítačů do lékařské diagnostiky koncem šedesátých let. Objevitel výpočetní tomografie Brit Godfrey Newbold Hounsfield se na konci šedesátých let zabýval vývojem přístroje schopného na základě analýzy procházejících paprsků X určit hranice jednotlivých orgánů. Předchůdce dnešního CT se zrodil v roce 1972 ve výzkumných laboratořích EMI. Nezávisle na Hounsfieldovi stejný objev učinil Američan Allan McLeod Cormack z Tufts University a v roce 1979 byla Nobelova cena udělena oběma vědcům.

CT je dost často chybně označováno jako počítačová tomografie. Je sice pravdou, že bez počítače by se CT neobešlo, ale správný překlad anglického originálu Computed Tomography je výpočetní tomografie. Název je odvozen z toho, že je potřeba obraz vypočítat na základě detekovaného záření, které pacientem prošlo, metoda nefunguje jako kamera, která by jej rovnou snímala na nějaké médium. Na rozdíl od klasického rentgenu je v CT rotující RTG lampa umístěná pod krytem gantry1 viz obrázek:

Zařízení výpočetní tomografie CT
Zařízení výpočetní tomografie CT.

1Gantry je všeobecně používané označení té části zařízení zobrazovacího zařízení, kde dochází k náběru obrazu.

Zatímco se RTG lampa otáčí v gantry, pacient leží na vyšetřovacím stole, který se během expozice RTG zářením posouvá do prostoru gantry. Pod krytem gantry jsou naproti rentgence umístěny sady detektorů, které detekují záření prošlé tělem pacienta. Toto záření se v těle pacienta různě zeslabuje v závislosti na složení jednotlivých tkání a je tak možné na základě rozdílů změřeného zeslabení zrekonstruovat v počítači obraz těla pacienta v příčném řezu. Výsledkem 1 rotace rentgenky je CT řez pacientem, který obsahuje obrazy jednotlivých tkání v různých stupních šedi.

Díky počítačové technologii je možné rekonstruovat ze získaných dat libovolný řez tělem pacienta. Původní získané příčné řezy tělem pacienta jsou reprezentovány maticí pixelů, které mají přiřazené příslušné číslo (CT číslo). To je přímo úměrné míře zeslabení rentgenového záření v daném objemu (pixelu). Při zahrnutí nenulové tloušťky každého řezu získaného z vyšetření (dle typu vyšetření a použitého CT přístroje to mohou být zlomky milimetru) se jedná o 3D informaci. Při složení řezů dohromady je k dispozici 3D matice pixelů – takzvaných voxelů, které se mohou rozdělit libovolnou rovinou a zobrazit tuto rovinu lékaři. Toho se využívá například při vyšetření páteře, kdy jsou příčné řezy nepraktické.

 CT vznik a vývoj

CT zaznamenalo poměrně prudký vývoj počínající šedesátými lety 20. století. Velký pokrok učiněný v oblasti výpočetní techniky (výkonnější počítače a větší kapacita disků) a detekce ionizujícího záření (nové druhy scintilačních krystalů, citlivější a přesnější elektronika) přímo umožnily rozvoj této modality. Na základě použité technologie a způsobu získávání obrazu můžeme rozdělit vývoj CT přístrojů na čtyři generace.

První generace CT byla charakterizována používáním tenkého svazku rentgenového záření, který byl kolimovaný na jeden až dva detektory. Jednotlivé projekce se získávaly translací společného rámu rentgenky a scintilačního detektoru (standardně NaI(Tl)) přes vyšetřovaný objem kdy pro jednotlivé vertikální pozice rámu bylo nutno pořídit několik snímků. Tento postup bylo třeba opakovat, dokud nebyly hotovy všechny projekce pro celý vyšetřovaný objem. Jelikož obvyklé vyšetření vyžadovalo až 160 měření, bylo dosti zdlouhavé.

Druhá generace CT byla do praxe zavedena z důvodu urychlení vyšetřovacího procesu. Ačkoli využívaly stejný princip jako generace první, dosahovala vyšší rychlosti díky většímu množství detektorů. Také tvar svazku se změnil z velmi tenkého na částečně vějířovitý. Nadále bylo třeba po získání jedné projekce pomocí translace pootočit systém rentgenka–detektory.

Třetí generace CT pracovala s vějířovitým svazkem, který byl schopen obsáhnout celý průřez vyšetřovaného objemu, čímž odpadla nutnost translačního pohybu detektorů. Přímo naproti rentgence byla na společné ose soustava detektorů uspořádaných do oblouku. Během vyšetření rotoval celý systém rentgenka-detektory kolem pacienta a jednotlivé projekce byly získávány buď pulsací rentgenového svazku, nebo velmi rychlým vzorkováním signálu detektorů. Doba potřebná k získání projekcí v rozsahu (0–360)° se postupně zkracovala (CT první generace – několik hodin, CT třetí generace – desítky minut). Z třetí generace CT přístrojů se vyvinula nová kategorie CT přístrojů- spirální CT. Tento název získaly díky tvaru trajektorie rentgenky nad pacientem. V současnosti principem kontinuálního otáčení po spirále se časy vyšetření pohybují v řádech několika minut (velmi rychlé CT přístroje i desítky sekund).

Zatímco starší generace CT přístrojů umožňovaly provádět snímkování jen jediného řezu na rotaci rentgenky, v současnosti už existují přístroje, které jsou schopny snímkovat až 320 řezů s milimetrovým rozlišením najednou. Momentálně je CT jediný diagnostický přístroj, který umožňuje provést velmi rychlé a komplexní vyšetření s vysokým rozlišením. Díky rychlosti získání snímků, je CT používáno mimo jiné k předoperačním vyšetřením polytraumat, kde pomáhá zachraňovat lidské životy.

 Moderní modalita

V současnosti už je CT jedním z nejpoužívanějších přístrojů. Ať už se jedná o vyšetření pacientů po havárii, vyšetření kvůli rakovině nebo kontrola správného srůstání složitějších zlomenin a mnoho dalších, CT vyšetření umožňuje lékařům nahlédnout do nitra pacienta a rozhodnout o případné léčbě. Oproti pouhému rentgenovému snímku mají lékaři možnost prohlédnout si libovolnou vrstvu v libovolné rovině uvnitř pacienta. Na obrázku vidíte porovnání obyčejného rentgenového snímku a rekonstrukce podélného řezu. Z historických důvodů je zachováno zobrazování kostí bíle a vzduchu černě.

Rentgenový snímek modelu pacienta (vlevo) a rekonstrukce koronální roviny hrudi modelu po vyšetření na CT (vpravo)
Rentgenový snímek modelu pacienta (vlevo) a rekonstrukce koronální roviny hrudi modelu po vyšetření na CT (vpravo)

Drobnou vadou na kráse je, že ani nejnovější CT přístroje nedokážou zobrazit měkké tkáně s vysokým kontrastem (jako například magnetická rezonance). Je to dáno hlavně malými rozdíly mezi schopnostmi absorbovat rentgenové záření jednotlivých měkkých tkání. Aby se zlepšil výsledný kontrast získaného obrazu, je pacientům dost často aplikována kontrastní látka, která mění absorpci rentgenového záření ve tkáni či oblasti, kde se nahromadí. Ne vždy se však tento postup hodí a je třeba zvážit použití jiného způsobu vyšetření. Na obrázku je ukázka z monitoru v ovládací místnosti CT přístroje při experimentu na modelu pacienta. Pacient je při vyšetření nejprve uložen na pohyblivé lehátko u CT a následně je pořízen tzv. rentgenogram – rentgenový snímek vzniklý posunem postele s pacientem skrze gantry a jeho nasnímáním rentgenkou v jedné pozici. Na rentgenogramu je vybrána oblast vyšetření a ta je pak snímkována CT. Současné počítače umožňují takřka okamžitou rekonstrukci získávaných řezů těla pacienta, což pomáhá v akutních případech zachraňovat životy.

Ukázka z experimentu snímání modelu pacienta na CT.
Ukázka z experimentu snímání modelu pacienta na CT.

Pomocí CT přístroje se běžně vyšetřují jednotlivé části lidského těla, od hlavy až po prsty na nohou. Při správném nastavení a optimalizovaném používání lze nalézt kalcifikace cév v mozku, krvácení či hematomy, maligní i benigní malformace v mozku i v celé hlavě. Lze vyšetřit plicní parenchym, srdce, míchu i páteř, orgány dutiny břišní, kosti nohou i rukou. Aby však bylo prováděné vyšetření kvalitní a přínosné, je nutné, aby byly prováděny pravidelné kontroly kvality CT přístroje a aby vyšetření prováděl proškolený a odborně způsobilý personál. Jen tak je možné zabezpečit kvalitní a správné vyšetření s minimalizací chybné diagnózy.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.