Комп'ютерна томографія
Як об'єкти дослідження можуть виступати технічні конструкції - елементи приладів, машин і споруд, природні.
Ми будемо розглядати задачу отримання інформації для діагностики хвороб, коли об'єктом дослідження є тіло людини. Це завдання має певну специфіку і накладає особливі обмеження як на конструкцію інформаційно-вимірювальних приладів і систем, так і на процеси проведения вимірювань.
Слово томографія об'єднує два слова - Томо (шар) і графоа (записати). Таким чином, слово томографія означає записати шар.
Основні види комп'ютерної томографії
Комп'ютерна томографія не повинна впливати на перебіг біохімічних процесів, обміну, дифузії та інших процесів, що забезпечують життєдіяльність організму.
Для вирішення головного завдання комп'ютерної томографії - визначення параметрів структури застосовуються такі види впливі на організм:
- рентгенівське випромінювання (рентгенівські кванти) - звичайна комп'ютерна томографія;
- радіоактивне випромінювання; в цьому методі радіофармпрепарат (скорочено РФП) - речовина з коротким періодом радіоактивного напіврозпаду - вводиться в організм за допомогою ін'єкцій або через травний тракт; усталене протягом деякого часу розподіл РФП по досліджуваного органу є основною характеристикою структури.
- електромагнітне поле; цей вид використовується в КТ в формі ефекту ядерного магнітного резонансу (ЯМР-ефект).
- Ультразвукове випромінювання; тут також в основному мова йде про визначення розподілу щільності за обсягом, хоча за допомогою ультразвукової техніки можуть вирішуватися й інші завдання, наприклад, задача про розподіл швидкості потоку крові в судинах;
В діагностиці хвороб використовують також вплив потоком видимого світла (діафаноскопія), лазерним випромінюванням, вплив розподіленим електричним струмом, вимір власного теплового випромінювання організму (термографія), власних електричних струмів (електрокардіографія, електроенцефалографія).
Огляд розвитку комп'ютерної томографії
Наведемо короткий історичний огляд розвитку перерахованих вище основних чотирьох методів діагностики - від вимірів найпростішого виду до томографічних, що дозволяють визначити тонку структуру в плоскому зрізі або під ВЕЕМ обсязі.
З тих пір конструкція рентгенівських апаратів і методики їх використання не зазнали істотних змін - удосконалювалися окремі вузли і деталі, але не змінювалися основні принципи.
Основним недоліком звичайної рентгенодіагностики є те, що тут відбувається проектування структур на площину і, внаслідок цього, затінення одних органів іншими, що можна уникнути в комп'ютерній томографії.
Винахід комп'ютерного томографа
Революційним винаходом, що дозволив позбутися цього недоліку, став винахід на початку 70-х комп'ютерного томографа - це зробили Хаунсфнлд і Мак-Кормак, удостоєні за це Нобелівської премії медицині 1979 року. У рентгенівському комп'ютерному томографі Хаунсфілда і Мак-Кормака, який на Заході частіше називають сканером, використовується тонкий пучок рентгенівських квантів, що перетинає об'єкт по всіх можливих напрямах в необхідної площині.
Як з'ясувалося згодом, вперше таке завдання було поставлене і вирішена математиком радону ще в 1917 році. Хаунсфнлд і Мак-Кормак і їх послідовники перевідкрити рішення Радону, розробивши попутно ряд нових алгоритмів вирішення основного завдання КТ, що використовують можливості сучасної обчислювальної техніки.
Покоління комп'ютерних томографів
У розвитку комп'ютерної томографії в даний час розрізняють п'ять етапів і налічують п'ять поколінь томографів:
- 1 покоління томографів - просвічування об'єкта дет пучками паралельних променів, для переходу від пучка до пучку роблять поворот системи
- 2 покоління томографів - просвічування йде пучком променів, що розходяться (віялом) в поєднанні з плоско-паралельним рухом віяла і, природно, обертанням
- 3 покоління томографів - для комп`ютерної томографії використовується віяло з широким кутом розчину, що дозволяє не робити паралельний перенос, залишається тільки обертання
- 4 покоління томографів - для комп'ютерної томографії використовують обертовий віяло зі стаціонарним кільцем детекторів
- 5 покоління томографів - сканування проводять променем, керованим електронною схемою; в цих томографах рухомих елементів немає взагалі, проте потрібні великі вакуумні трубки для формірованіня і керування променем.
Більшість клінік оснащені в основному сканерами 4 покоління, які випускаються такими фірмами як Siemens, Hewlett-Packard. Відзначимо, що рентгенівські комп'ютерні томографи перших поколінь випускалися також в СРСР - медичного призначення в Києві, промислового - в Москві.
Інші види томографії
Комп'ютерна ЯМР-томографія виявилася набагато різноманітніше рентгенівської комп'ютерної томографії - всього таких способів до теперішнього часу запропоновано і реалізовано понад два десятки.
Позитронно-емісійна томографія
Ідея застосувати радіоактивні речовини для просвічування непрозорих тканин і отримання комп'ютерної томограми виникла, мабуть, на основі подібності в поведінці квантів видимого світла, рентгенівських квантів і квантів радіоактивного випромінювання. Проблема полягала в тому, щоб знайти надійні способи вимірювання яскравості випромінювання і винайти лінзи - пристрої для фокусування квантів. Початок таким розробкам було покладено з моменту винаходу способів отримання штучних радіоізотопів на атомних прискорювачах (1940 рік).
Однією з істотних проблем на шляху створення емісійної томографії була проблема вимірювання і реєстрації гамма-випромінювання тіла людини, інтенсивність якого обмежується вимогами радіаційної безпеки. Ця проблема була вирішена Енгером в 1932-33 році, який розробив камеру зі сцинтиляційних кристалом йодистого натрію, який виконує функцію підсилювача, а також камеру, оснащену фотоелектронними умножителями. У 1968 р Енгер запропонував використовувати винайдену їм камеру з фокусирующим коллиматором - лінзою для квантів для отримання томографічного зображення.
Подальший розвиток позитронно-емісійної томографії пов'язано з розробкою емісійної томографії (ОФЕКТ), в якій реєструються поодинокі кванти, що поширюються уздовж деякої прямої з подальшим вощіння цієї прямої, і з розробкою позитронної емісійної томографії (ПЕТ), де фіксуються пари квантів, що утворюються в результаті анігіляції позитрона і електрона і розлітаються в прямо протилежних напрямках. Ці прилади розроблялися одночасно в багатьох фірмах і лабораторіях і тому, як зазначається у відомому огляді С. Вебба, неможливо в точності встановити пріоритет у винаходах. Значний внесок у розробку і клінічне впровадження емісійної комп'ютерної томографії внесли G. Muelilenner, R. A. Wetzel, 1971 p A. R. Bowley, 1973 г. і багато інших. Огляд робіт вітчизняних вчених в галузі медичної емісійної діагностики і томографії наведено в книзі Г. А. Федорова і С. А. Терещенко.
УЗД