Лучевые нагрузки при КТ

НЕСМОТРЯ НА ТО, что КТ составляет лишь 2% всех рентгенологических исследований, совокупный вклад этого метода в эффективную дозу облучения при всех медицинских исследованиях достигает 20% [36]. Дозовые нагрузки в настоящее время выражаются в виде эффективной дозы облучения, исчисляемой в мЗв. Эта расчетная величина определяется как сумма поглощенных отдельными органами доз, соотнесенная с радиационной чувствительностью этих органов. Эффективная доза облучения при КТ может бьггь сопоставлена с аналогичными дозами при других видах облучения, в частности естественном (фоновым) и облучении при обычных рентгенологических процедурах.

В сравнении с рентгенологическими исследованиями относительно высокая доза облучения при КТ определяется важной особенностью метода. Компьютерная томография является дигитальным методом, поэтому регистрация рентгеновского излучения и формирование изображения являются независимыми друг от друга процедурами. В тех случаях, когда величина рентгеновского излучения превышает необходимый уровень, изображение не становиться чрезмерно темным (как это наблюдается при рентгенографии), но лишь незначительно улучшается из-за уменьшения квантового шума. Как результат этой особенности, желаемое качество изображения при КТ может достигаться за счет более высокого, чем это необходимо, уровня облучения пациента.

Достижение оптимального, по возможности минимального, уровня облучения пациента требует постоянного компромисса между качеством диагностического изображения и величиной дозы излучения.

Под термином «доза» в КТ принято понимать количество квантов рентгеновского излучения, возникших в результате торможения электронов о вещество анода трубки или достигших поверхности детекторной линейки.

В настоящее время можно выделить две группы факторов, непосредственно влияющих на величину дозы облучения пациента при КТ:

• постоянные технические характеристики конкретной КТ-установки;

• параметры сканирования, произвольно выбираемые оператором.

В идеальной системе геометрические характеристики пучка рентгеновского излучения, проходящего через пациента, и воспринимающей поверхности детекторов должны полностью соответствовать. На практике это недостижимо из-за недостаточно точной коллимации пучка рентгеновского излучения и конструктивных особенностей самих детекторов. Между отдельными, прилежащими друг к другу детекторами неизбежно образуются участки, не воспринимающие рентгеновское излучение. Это, так называемое мертвое пространство, снижает эффективность воспринимающего устройства. Отношение воспринятого детекторами и нерегиструемого первичного излучения, известное как геометрическая эффективность, может различаться от 30% до 90% в зависимости от типа аппарата [36]. Существенные различия имеются и в эффективности действия самих детекторов. В идеальной ситуации детектор должен воспринимать все попавшее на него первичное излучение. Однако на практике детекторы воспринимают от 60% до 95% первичного излучения. При этом эффективность твердотельных детекторов выше, чем газовых.

В рентгенологических исследованиях рассеянное излучение возникает при взаимодействии первичного пучка и объекта исследования. Рассеянное излучение, индуцированное в теле пациента, хаотично распространяется во всех направлениях. В случаях, если такое излучение регистрируется воспринимающим устройством, оно приводит к увеличению квантового шума и ухудшает изображение. При обзорной рентгенографии легких рассеянное излучение определяет до 90% степени почернения рентгеновской пленки, результатом чего является низкое контрастное разрешение. Для устранения вторичного излучения в традиционной рентгенологии применяют так называемые растры.

Устройство компьютерных томографов, в которых происходит интенсивная фильтрация рассеянного излучения как до, так и после прохождения излучения через тела пациента, создает обратное соотношение. До 90% излучения, попадающего на детекторы, является первичным. Этим, в частности, объясняется существенно большая в сравнении с обычной рентгенографией, контрастная чувствительность метода. Однако конструктивные особенности некоторых аппаратов могут приводить к увеличению вторичного излучения и, как следствие, к увеличению квантового шума и искажению числовых значений коэффициентов ослабления. В этих случаях именно увеличение дозы излучения позволяет частично компенсировать технологические недостатки.

Рассеянное излучение и неточная коллимация увеличивают дозу облучения тканей, расположенных рядом с исследуемым слоем. Этот эффект нарастает при выполнении прилежащих срезов и, особенно, при частичном их наложении. В среднем, при выполнении серии прилежащих томографических срезов доза облучения увеличивается на 50% в сравнении с однократным томографическим срезом. Этот эффект может быть уменьшен или вообще сведен к минимуму при увеличении расстояния между срезами. Однако такой подход неизбежно приведет к потере диагностической информации, за исключением исследования больных с диффузными интерстициальными процессами в легких при использовании высокоразрешающей КТ.

Перечисленные выше факторы, влияющие на дозовые нагрузки при КТ, определяются конструктивными особенностями используемого аппарата и вряд ли могут быть изменены в процессе его эксплуатации. Скорее о них необходимо помнить при выборе нового аппарата и предварительной оценке его технических характеристик. Гораздо большее практическое значение имеет вторая группа параметров, зависящая непосредственно от персонала отделения КТ.

Качество компьютерно-томографического изображения может быть снижено за счет непроизвольных движений пациента или движущихся анатомических структур в исследуемой области, низкого естественного контраста объекта или неправильно выбранной экспозиции.

Влияние дозы излучения на качество изображения при КТ заключается в изменении квантового шума. Зависимость дозы и электронного шума заключается в том, что при увеличении дозы в 4 раза выраженность шума пропорционально уменьшается в 2 раза и наоборот. Необходимая доза излучения для получения качественного изображения выбирается врачом исходя из задач конкретного исследования, предшествующего опыта, сведений научной литературы, а также с учетом конституции пациента. Доза облучения, получаемая пациентом, прямо зависит от количества рентгеновского излучения или силы тока (мА) и времени сканирования (с). Два этих параметра образуют величину, известную как экспозиция (мАс).

Как правило, сила тока может изменяться ступенчато, от 20-60 мА до 400 мА и более. Время сканирования зависит от скорости вращения рентгеновской трубки и угла, необходимого для сбора проекционных данных (180°, 360°). Несмотря на то, что для получения компьютерной томограммы в принципе достаточно сектора, равного 180°, оптимальное соотношение сигнал/ шум и необходимая разрешающая способность достигается при увеличении сектора сканирования до 360-400°. Поэтому стандартные томограммы груди обычно получают при угле вращения трубки 360° и времени сканирования 1-2 с. Использование половинных (180°) сканов целесообразно при необходимости исключительно быстрого сканирования, в частности, при анги-ографических исследованиях. Однако введение в практику новых установок, позволяющих уменьшить время одного цикла полного (360°) вращения до 0,5-1,0 с практически устраняют необходимость применения половинных сканов. Так как время сканирования в большинстве случаев остается постоянной величиной, рентгенолог вынужден достигать компромисса между дозой облучения и уровнем электронного шума с помощью изменения силы тока.

В одном из исследований [28] было установлено, что увеличение силы тока от 20 мАдо 200 мА при исследовании груди приводит к очевидному улучшению качества изображения за счет уменьшения выраженности шума (г2 = 0,99). Качество изображения оценивалось субъективно и выражалось в баллах. При дальнейшем увеличении силы тока до 400 мА заметного повышения качества изображения не отмечалось. Эти данные еще раз подтверждают, что основное влияние на выраженность электронного шума оказывает величина силы тока. Вместе с тем, серия исследований последних лет показала, что повышение качества изображения при субъективной его оценке не всегда соответствует пропорциональному увеличению диагностической информации.

Помимо экспозиции определенное влияние на дозу облучения пациента оказывает величина напряжения генерирования излучения (кВт). Увеличение напряжения приводит к увеличению дозы облучения при незначительном уменьшении контраста изображения. Поскольку грудная клетка относится к числу объектов, имеющих высокую естественную контрастность, а артефакты, связанные с недостаточной жесткостью излучения наблюдаются достаточно часто, при исследовании грудной клетки обычно применяют напряжение в пределах 120-140 кВт.

Влияние экспозиции на характер изображения грудной полости при спиральной КТ

Рис. Влияние экспозиции на характер изображения грудной полости при спиральной КТ. Аксиальные томограммы на уровне правого верхнедолевого бронха. Параметры сканирования: напряжение 120 кВ, коллимация 5 мм, смещение стола 7 мм. Изменение экспозиции от 320 мАс (а) к 180 мАс (б) и 60 мАс (в) не приводит кухудшению качества изображения дыхательных путей и элементов сосудистого рисунка.

Влияние величин экспозиции и напряжения на изображение грудной полости при последовательной КТ

Рис. Влияние величин экспозиции и напряжения на изображение грудной полости при последовательной КТ. Аксиальные томограммы на уровне дуги аорты (коллимация 2 мм) выполнены при величине напряжения 120 кВ и экспозиции 240 мАс (а) и 80 мАс (б). Характер изображения патологического образования в верхней доле правого легкого (туберкулема) не отличается. Приуменьшении величины напряжения до 80 кВ и сохранении экспозиции 80 мАс появляется выраженная зернистость изображения (электронный шум) в области задних отделов грудной стенки.

Спиральная КТ имеет несколько отличительных особенностей, непосредственно влияющих на уровень облучения пациента. При спиральном сканировании стол с пациентом непрерывно поступательно смещается одновременно с непрерывным вращением рентгеновской трубки. Отличительной особенностью спиральной КТ является возможность изменения скорости смещения стола. Если скорость смещения стола за один оборот рентгеновской трубки и величина коллимации пучка излучения равны, доза облучения пациента при спиральной КТ равна дозе при последовательной КТ. Однако в спиральной КТ существует возможность увеличить скорость смещения стола (например, до 20 мм) без изменения толщины слоя. Это приведет кдвухкратномуускорению процесса сканирования и, одновременно, к некоторому ухудшению качества изображения за счет менее точного выделения границ томографического слоя и уменьшению соотношения сигнал/шум. Вместе с тем, доза облучения пациента уменьшится в два раза по сравнению с последовательной КТ.

Еще одной особенностью спиральной КТ является независимость расположения томографических срезов вдоль продольной оси сканирования от параметров процесса сканирования. Появляется возможность построения томографических срезов с любой возможной степенью частичного взаимного наложения без дополнительного облучения пациента. Частичное взаимное наложение существенно повышает пространственное разрешение вдоль продольной оси сканирования z. При последовательной КТ выполнение томограмм с частичным взаимным наложением приведет к значительному дополнительному облучению пациента за счет повторного облучения одних и тех же анатомических структур.

В целом, рациональное применение возможностей спиральной КТ позволяет в болыпистве слу-чев значительно уменьшить дозовую нагрузку на пациента без ущерба для качества изображения и объема диагностической информации. Однако ограничение дозы облучения можно добиться и последовательной КТ.

Впервые идея об ограничении мощности дозы для получения обычных томографических срезов толщиной 10 мм была высказана еще в 1990 г. При экспозиции до 20 мАс авторы получили удовлетворительного качества изображения легочной ткани. Однако при изучении средостения в мягко-тканном окне было отмечено наличие выраженного электронного шума (зернистости), что затрудняло анализ изображения. В связи с этим, авторы предложили методику низкодозной КТ лишь для исследования детей и скрининговых исследований легких пациентов с высоким риском возникновения рака легкого.

Аналогичные результаты были получены и при изучении высокоразрешающей КТ [27,43]. Уменьшение экспозициидо 40 мАс не оказало существенного влияние на информативность КТ в сравнении с традиционным исследованием, в котором экспозиция достигала 400 мАс. Однако, несмотря на отсутствие статистически достоверных результатов, выявление участков уплотнения легочной ткани по типу матового стекла оказалось затруднительным из-за влияния электронного шума. Авторы рекомендовали использовать экспозицию, равную 200 мАс для обычного применения высокоразрешающей КТ, а низкодозную технику (40-100 мАс) при динамическом наблюдении.

Особенностью высокоразрешающей КТ является не только применение тонких, 1-2 мм, томографических срезов, но и значительное расстояние между ними, достигающее 10-20 мм. В этих случаях лучевая нагрузка на пациента оказывается существенно ниже, чем при стандартном КТ-иссле-довании. Если расстояние между томограммами составляет 10 мм, эффективная доза при высокоразрешающей КТ составляет лишь 10% от дозы, возникающей при выполнении примыкающих срезов в случаях использования как последовательной, так и спиральной КТ. При увеличении расстояния между срезами до 20 мм эффективная доза облучения уменьшается до 5%. Установлено, что три тонких среза при низкодозной высокоразрешающей КТ сопоставимы по величине эффективной дозы с обычной обзорной рентгенограммой груди в передней проекции без значительной потери диагностической информации [36].

В более поздних исследованиях уровня дозо-вых нагрузок при последовательной КТ установлено, что несмотря на субъективное впечатление о повышении качества изображения при увеличении экспозиции от 20 до 400 мАс, никакой объективной разницы в выявлении патологии грудной полости установлено не было [28]. При этом использовались как легочное, так и мягко-тканное окна. Исходя из результатов проведенных исследований можно предположить, что оптимальная экспозиция при исследованиях груди находится в пределах 100-200 мАс и может увеличиваться лишь при исследовании пациентов с избыточным весом.

Рекомендуем к просомтру

www.kievoncology.com благодарны автору и издательству, которые способствует образованию медицинских работников. При нарушении авторских прав, сообщите нам и мы незамедлительно удалим материалы.