Хоружик С.А., Тарутин И.Г, Михайлов А.Н.

ГУ «Научно-исследовательский институт онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н.Александрова», ГУО «Белорусская медицинская академия последипломного образования»

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) была введена в клиническую практику в 1972г. и стала значительным шагом в лучевой диагностике, впервые позволив прижизненно получить поперечные срезы тела человека. Основным преимуществом КТ в сравнении с рентгенологическим исследованием является способность разделить объекты в соответствии с их расположением в направлении хода луча, т. е. избежать пространственного наложения. Второе важное преимущество – количественное измерение плотностей тканей, что позволяет дифференцировать даже незначительно отличающиеся по плотности объекты. Недостатком КТ является более высокая доза облучения. Так, доля КТ-исследований среди всех рентгенодиагностических процедур не превышает 4%, однако их вклад в коллективную дозу облучения населения в некоторых странах достигает 40%. Поэтому действующий в традиционной рентгенодиагностике принцип ALARA (As Low As Reasonably Achievable) – доза облучения должна быть настолько низкой, насколько это возможно – еще более актуален для компьютерной томографии.

В КТ существует еще одно положение: доза облучения и качество изображения напрямую связаны друг с другом. При повышении дозы облучения качество КТ-изображения улучшается, при снижении – ухудшается. Поэтому для КТ выше приведенный принцип можно сформулировать так: доза облучения должна быть настолько низкой, насколько это возможно без снижения качества изображений ниже приемлемого уровня. Тогда возникает вопрос: какой уровень качества КТ-изображений является приемлемым?

У каждого врача существует свое восприятие качественности КТ-изображения, основанное на собственном опыте и критерии «нравится – не нравится». Такая оценка является субъективной. Поэтому необходимо определить перечень параметров качества КТ-изображений и оценить их количественно.

Основными показателями качества КТ-изображения являются:

  • уровень шума,

  • однородность,

  • отсутствие артефактов,

  • пространственная разрешающая способность,

  • контрастная разрешающая способность.

Под шумом КТ-изображения понимается изменение плотности в пределах определенного участка (зоны интереса) в однородной среде. Шум не несет полезной информации. Количественно уровень шума оценивается по стандартному отклонению КТ-чисел в зоне интереса на изображении однородного вещества, обычно водного фантома.

Различают следующие виды шума:

  • квантовый – зависит от количества принятых детектором фотонов,

  • электронный – обусловлен техническими моментами, невелик в сравнении с квантовым,

  • структурный – обусловлен процессом реконструкции изображений (артефакты).

Факторы, влияющие на шум:

  • мАс,

  • толщина среза,

  • время сканирования,

  • фильтр (алгоритм реконструкции).

Шум обратно пропорционален корню квадратному от значений силы тока в рентгеновской трубке, толщины среза и времени сканирования. При снижении этих параметров в 2 раза шум повысится на 40%. С другой стороны, чтобы снизить шум в 2 раза, надо повысить дозу облучения в 4 раза. Использование мягкого фильтра реконструкции изображений снижает уровень шума, повышает контрастную разрешающую способность и одновременно снижает пространственную разрешающую способность. Уровень шума в однородной среде как правило не должен превышать 15 единиц Хаунсфилда.

Под однородностью понимается равенство измеренных значений КТ-чисел в различных участках однородного объекта. Причиной неоднородности служит сама природа рентгеновского излучения, которое не является моноэнергетическим. По мере прохождения через объект средняя энергия излучения возрастает, так как мягкое излучение поглощается поверхностно расположенными тканями. Для определения однородности необходимо измерить плотность в центре и в 4 периферических участках водного фантома. Разница между измеренными значениями не должна превышать 4 единицы Хаунсфилда.

Артефакты – это элементы КТ-изображения, не соответствующие внутренней структуре объекта. Причинами артефактов являются:

  • ошибки измерений – обусловлены несовершенством работы техники: электроники, усилителя (недостаточность потока фотонов), детекторов (артефакт-кольцо), изменение параметров электропитания, несовершенный алгоритм спиральной интерполяции (спиральный артефакт, артефакт конусного угла, артефакт-зебра);

  • геометрические неточности – обусловлены недостаточностью проекций для реконструкции изображений (артефакт вне поля обзора, артефакт частичного объема), геометрическими несоответствиями (при несовпадении центра ротации и центра реконструкции появляются кольца и круги), толстыми срезами (ступенчатый артефакт);

  • системная нелинейность – при отклонении физических параметров от ожидаемых (артефакт повышения жесткости лучей);

  • внешние факторы – движения пациента во время исследования (двигательный артефакт), движения внутренних органов (артефакт неполной регистрации, артефакт «приставной лестницы»), наличие инородных тел высокой плотности в зоне сканирования (метал, барий, высокая концентрация контрастного вещества при внутривенном введении).

Артефакты по внешнему виду (форме) бывают:

  • линейные (полоски): артефакт вне поля обзора, артефакт повышения жесткости лучей, двигательные артефакты, артефакты от инородных тел, артефакт частичного объема, артефакт неполной регистрации, артефакт недостаточности потока фотонов, артефакт-зебра;

  • кольцевидные: от ошибки калибровки конкретного детекторного элемента, при несовпадении центра ротации и центра реконструкции;

  • деформации: спиральный артефакт, артефакт конусного луча.

Пространственная разрешающая способность характеризует возможность раздельной визуализации деталей КТ-изображения, плотность которых отличается более чем на 100 единиц Хаунсфилда. Поэтому она также называется разрешающей способностью при высокой контрастности, или высококонтрастной разрешающей способностью. Пространственная разрешающая способность выражается в парах линий в см (пл/см) и ограничивается размером минимального элемента изображения – пикселя. Различить детали изображения менее размера пикселя при КТ-исследовании невозможно. Современные КТ-сканеры обладают разрешающей способностью 10-30 пл/см, в то время как рентгеновская пленка – 10-12 пл/мм.

Контрастная разрешающая способность характеризует возможность раздельной визуализации деталей КТ-изображения, плотность которых незначительно отличается от окружающего фона. Поэтому она также называется разрешающей способностью при низкой контрастности, или низкоконтрастной разрешающей способностью. Контрастная разрешающая способность в значительной степени определяется уровнем шума и лишь незначительно зависит от энергии рентгеновского излучения. Она ухудшается при увеличении шума и улучшается при увеличении размера объекта и дозы облучения. Для искусственного повышения контрастной разрешающей способности используют внутривенное введение контрастных веществ.

В основной массе КТ-исследований (90%) большее значение имеет высокая контрастная разрешающая способность. Высокая пространственная разрешающая способность важнее примерно в 10% случаев (таблица).

Важнее контрастная разрешающая способность

% *

Важнее пространственная разрешающая способность

%

Брюшная полость, таз

26

Паренхима легких

6

Головной мозг

22

Ортопедия

3

Позвоночник

20

Внутренне ухо

1

Средостение

7



Травма

5



Педиатрия

3



* Примерная доля КТ-исследований в многопрофильной клинике

Для количественной оценки пространственной и контрастной разрешающей способности используются специальные фантомы.

Литература:

  1. Блинов Н.Н., Костылев В.А., Наркевич Б.Я. Физические основы рентгенодиагностики. –М. :АМФ-Прес, 2002. –74 с.

  2. Михайлов А.Н. Рентгенологическая энциклопедия. –Мн. :Бел. наука, 2004. –591 с.

  3. Михайлов А.Н. Средства и методы современной рентгенографии. –Минск: Бел. наука, 2000. –242 с.

  4. Михайлов А.Н. Физико-технические основы рентгенологии. –Минск: БелМАПО, 2005. –200 с.

  5. Чикирдин Э.Г., Мишкинис А.Б., Техническая энциклопедия рентгенолога. –М. :МНПИ, 1996. –473 с.

  6. European guidelines on quality criteria for computed tomography. EUR 16262 EN, 1999, http://www.drs.dk/guidelines/ct/quality.

  7. Kalender W.A. Computed tomography: fundamentals, system technology, image quality, applications. Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 2nd edition, 2005, 304 p.

  8. Specification and acceptance testing of computed tomography scanners. AAPM report № 39. New York, NY: AAPM, 1993, 95 p.