Томография — виды, принципы и применение¶
Томография — это класс медицинских и промышленных методов послойного исследования объектов, основанный на получении изображений отдельных срезов (томограмм) с помощью регистрации излучения или физических полей, проходящих через объект. Методы томографии применяются в медицине для диагностики заболеваний, в промышленности для неразрушающего контроля, в археологии и науковедении — для изучения внутренней структуры артефактов без их повреждения.
¶История
Идея послойного изображения внутренних структур возникла в конце XIX века в связи с развитием рентгенологии. В 1917 году австрийский математик Иоганн Радон доказал теорему о возможности восстановления двумерного объекта по бесконечному набору его проекций — математическую основу будущей томографии.
Практическая томография развивалась в 1960-е годы. В 1967 году британский физик Годфри Хаунсфилд и южноафриканский физик Аллан Кормак независимо друг от друга разработали метод компьютерной томографии (КТ). Первый клинический КТ-сканер был установлен в больнице Атмурст в Англии в 1971 году, а в 1979 году Хаунсфилд и Кормак получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) возникла в 1970-е годы: в 1973 году Пол Лоттербур опубликовал первую схему МРТ-изображения, а в 1977 году Раймонд Дамадиан впервые провёл МРТ-сканирование человека. В 2003 году Лоттербур и Дамадиан были удостоены Нобелевской премии.
¶Основные виды
¶Компьютерная томография (КТ)
КТ основана на регистрации рентгеновского излучения, прошедшего через объект под разными углами. Источник излучения и детекторы вращаются вокруг пациента, а компьютерная программа по данным о затухании лучей строит послойное изображение. Разрешение КТ составляет доли миллиметра, что позволяет визуализировать костные структуры, лёгкие, сосуды (при контрастировании) и мягкие ткани.
Разновидности КТ:
- Спиральная (винтовая) КТ — непрерывное вращение источника и продвижение стола пациента, что позволяет получать объёмные данные за один проход.
- Мультиспиральная КТ (МСКТ) — несколько рядов детекторов, увеличивающих скорость и разрешение.
- Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — регистрация гамма-излучения, возникающего при аннигиляции позитронов от введённого радиофармпрепарата; чаще сочетается с КТ (ПЭТ/КТ) для определения локализации метаболических процессов.
- Однофотонная эмиссионная КТ (ОФЭКТ) — регистрация гамма-излучения радиоизотопа.
¶Магнитно-резонансная томография (МРТ)
МРТ использует явление ядерно-магнитного резонанса. Пациент помещается в сильное магнитное поле (обычно 1,5 или 3 Тл), под действием которого атомные ядра (преимущественно водорода) выстраиваются вдоль поля. Радиочастотные импульсы возбуждают ядра, а при их возвращении в исходное состояние выделяется энергия, регистрируемая катушками. Компьютерная обработка сигналов строит изображение мягких тканей с высоким контрастом.
Преимущества МРТ перед КТ: отсутствие ионизирующего излучения, возможность получения изображений в произвольной плоскости, высокая контрастность мягких тканей. Ограничения: длительность процедуры (15–60 минут), шум, невозможность исследования пациентов с металлическими имплантатами (ограниченно), клаустрофобия.
¶Другие виды
- Ультразвуковая томография — послойная реконструкция по отражённым ультразвуковым сигналам; применяется в медицине (УЗИ) и промышленности.
- Электрическая импедансная томография — построение карты распределения электрического сопротивления тканей.
- Магнитоэнцефалография и электроэнцефалографическая томография — реконструкция источников биоэлектрической активности мозга.
- Термография — послойная регистрация теплового излучения.
- Промышленная томография — рентгеновская или ультразвуковая КТ для контроля сварных швов, литых деталей, композитных материалов.
¶Принцип работы
Все томографические методы объединяет общий принцип: измерение физической величины (ослабление излучения, время задержки сигнала, интенсивность эха) вдоль множества лучей или направлений, проходящих через объект. Полученные данные называются проекционными или синограммами. Алгоритмы обратного проектирования (filtered back projection) или итеративные методы реконструкции преобразуют их в набор томограмм — изображений срезов.
¶Применение в медицине
Томография является одним из ключевых методов лучевой диагностики. КТ применяется при подозрении на черепно-мозговые травмы, инсульты, онкологические заболевания, болезни лёгких, травмы опорно-двигательного аппарата. МРТ — при заболеваниях головного и спинного мозга, суставов, позвоночника, мягких тканей, органов брюшной полости. ПЭТ/КТ — в онкологии для стадирования опухолей и оценки эффективности лечения.
В России томографическое оборудование установлено во всех федеральных и большинстве региональных медицинских организаций; МРТ- и КТ-диагностика включена в программы обязательного медицинского страхования.
¶Риски и ограничения
Основной риск КТ — доза ионизирующего излучения. Средняя доза при КТ брюшной полости составляет 8–10 мЗв, что сопоставимо с фоновой дозой за 2–3 года. МРТ не несёт лучевой нагрузки, но имеет ограничения при наличии кардиостимуляторов, кохлеарных имплантатов и других ферромагнитных объектов. Контрастные препараты (йодсодержащие для КТ, гадолинийсодержащие для МРТ) могут вызывать аллергические реакции и, при почечной недостаточности, осложнения.
¶Источники
- Рентгенология и лучевая диагностика: учебник / под ред. И. А. Казанского. — М.: ГЭОТАР-Медиа.
- Bushberg J. T. The Essential Physics of Medical Imaging. — Lippincott Williams & Wilkins.
- Нобелевская премия по физиологии и медицине 1979 года — пресс-релиз Нобелевского комитета.
- Лоттербур П. К. Image Formation by Induced Local Interactions // Nature, 1973.
- Магнитно-резонансная томография в клинической практике / под ред. А. Г. Пирогова. — М.: Медицина.