Губский Л.В. - КТ в неврологии

Рентгеновская компьютерная томография в неврологии

Введение:

Методические разработки посвящены новому диагностическому методу, который в настоящее время широко применяется в неврологии, нейрохирургии и психиатрии - рентгеновской компьютерной томографии (КТ).

Основная цель обучения по данной теме - овладение некоторыми практическими навыками анализа КТ изображений и усвоение данных о диагностических возможностях метода при неврологических заболеваниях и характере нейробиологических изменений, вызывающих сдвиги КТ показателей.

Всодержательной части методических разработок приведены следующие сведения о компьютерной томографии:

•физические основы

•принцип метода

•характер изменений КТ изображений мозга

•основы анализа КТ изображений

•изображения мозга в норме

•методы контрастного усиления

Приведены вопросы, которые охватывают всю содержательную часть разработки. Вопросы предназначены в первую очередь для самоконтроля студентов при внеаудиторной работе. Данные разработки предусматривают достижение следующих основных целей:

Студент должен знать:

•принцип метода КТ;

•физические основы метода и источники артефактов;

•характер основных изменений, которые вызывают увеличение или уменьшение рентгеновской плотности тканей по сравнению с нормой;

•характер основных процессов, которые вызывают изменения расположения мозговых структур и состояния ликворных пространств;

•принцип метода внутривенного контрастного усиления и показания к нему;

•принцип метода цистернографии и показания к нему;

•характер и динамику изменений при внутримозговом кровоизлиянии и инфаркте мозга;

•характер изменений при субарахноидальном кровоизлиянии, артериальных аневризмах и артериовенозных мальформациях;

•характер изменений при менингите, энцефалите и паразитарном поражении мозга;

•диагностические возможности метода при рассеянном склерозе и других демиелинизирующих заболеваниях;

•основные изменения мозга при синдроме приобретенного иммунодефицита;

•диагностические возможности метода и характер основных изменений на томограммах при опухолях мозга;

•критерии дифференциальной диагностики между основными типами внутричерепных опухолей, а также между последними и абсцессами мозга;

•характер и динамику изменений при ушибах мозга;

•характер изменений при острой и хронической субдуральных гематомах;

•основные типы изменений при последствиях черепно-мозговой травмы;

•характер изменений при основных дегенеративных заболеваниях мозга и при алкоголизме;

•диагностические возможности и характер основных томографических изменений при спинальной КТ;

•диагностические возможности метода при патологии мышц;

•перспективы развития метода рентгеновской КТ.

Студент должен уметь:

•определить уровень среза и идентифицировать основные видимые образования мозга на томограммах;

•выявить зоны измененной рентгеновской плотности и квалифицировать характер прямых патологических признаков;

•оценить расположение внутричерепных структур и состояние ликворной системы, квалифицировать характер косвенных патологических признаков;

•оценить результаты применения метода внутривенного контрастного усиления;

•по прямым и косвенным патологическим признакам и с учетом результатов контрастного усиления определить наличие абсцесса мозга на томограмме;

•по прямым и косвенным патологическим признакам и с учетом данных контрастного усиления определить наличие: злокачественной глиомы, менингиомы, аденомы гипофиза, метастазов в мозг;

•провести дифференциальную диагностику между опухолью и инфарктом мозга по прямым и косвенным патологическим изменениям с учётом данных контрастного усиления;

•определить наличие внутримозговой, субдуральной и эпидуральной травматических гематом;

•определить наличие атрофических изменений больших полушарий, ствола и мозжечка при дегенеративных и дистрофических процессах мозга;

•определить основные структуры позвоночного сегмента и выявить грыжу диска и признаки объёмного процесса на спинальных томограммах.

Базисные разделы

дисциркуляторной энцефалопатии?

10.Какие внутричерепные патологические процессы могут осложнить течение субарахноидального кровоизлияния?

11.Какие основные формы воспалительных и демиелинизирующих заболеваний мозга выделяются и какими морфологическими признаками они характеризуются?

12.Укажите принципы классификации внутричерепных опухолей и определите типичные морфологические

изменения при основных типах опухолевого поражения мозга.

13.Какова классификация внутричерепных травматических поражений и какие морфологические изменения наблюдаются при этих патологических состояниях?

14.Какие неврологические заболевания связаны с

нарушением развития мозга и какие морфологические изменения наблюдаются при этих заболеваниях?

15.Какие морфологические изменения наблюдаются при остеохондрозе позвоночника, грыже межпозвонкового диска и опухолях спинного мозга?

16.Какие морфологические изменения характерны для мышечных дистрофий?

Введение в тему

В настоящее время развитие неврологии во многом определяется успехами инструментальных методов получения изображений нервной системы ("Neuroimaging"). В первую очередь это относится к вычислительным томографическим методам: рентгеновской компьютерной томографии, магнитнорезонансной томографии и позитронной эмиссионной томографии. Физические основы данных методов существенно различаются, но общим для них является применение современной вычислительной техники (ЭВМ) и сложного математического обеспечения для получения изображений (томограмм).

Теоретические основы метода КТ были разработаны американским физиком А. МакКормаком в 1962-1963 гг. Создание первого компьютерного томографа было завершено в 1972 г. в Англии под руководством инженера Г. Хаунсфилда. За разработку данного метода А. МакКормаку и Г. Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия по медицине и биологии за 1979 г.

В настоящее время КТ широко используется для диагностики многих распространенных заболеваний внутренних органов и нервной системы. Использование неинвазивного и относительно безопасного метода КТ значительно повысило точность и надежность диагностики многих органических заболеваний мозга и позволило практически полностью отказаться от более опасного метода пневмоэнцефалографии и значительно уменьшить количество производимых церебральных ангиографий. Достаточно отметить, что КТ позволяет определить характер церебрального инсульта (ишемический или геморрагический) с надежностью, приближающейся к 100 % (в зависимости от сроков исследования). Без использования данного метода ошибка указанной дифференциальной диагностики достигает 15-20 % даже в специализированных отделениях.

Противопоказаний к применению КТ практически не существует, но определенным

недостатком данного метода является использование ионизирующего излучения, что может ограничивать его применение в некоторых случаях.

Принцип метода

Компьютерная томография является новым рентгеновским методом, который позволяет получать прижизненные изображения тканевых структур, в том числе головного и спинного мозга, на основании изучения степени поглощения рентгеновского излучения в исследуемом объекте.

Принцип метода заключается в том, что исследуемый объект послойно просвечивается тонким рентгеновским лучом с различных направлений при движении рентгеновской трубки вокруг данного объекта. Непоглощенная часть рентгеновского излучения регистрируется с помощью специальных детекторов, сигналы от которых поступают в ЭВМ. После математической обработки полученных сигналов на ЭВМ строится изображение исследуемого слоя ("среза") на матрице, размеры которой в современных томографах варьируют от 256*256 до 1024*1024 элементов. Элемент изображения матрицы определяется как пиксель (pixel - от picture element). Размеры пикселя зависят от величины матрицы.

Величина матрицы является одним из факторов, оказывающих влияние на пространственное разрешение томографа и определяющих качество получаемых изображений.

Для визуальной оценки картина "среза" передается на экран чёрно-белого или цветного дисплея. Тональность или цвет каждого элемента изображения соответствует усредненной величине степени поглощения рентгеновского излучения в соответствующем участке (объёмном элементе) изучаемого слоя (voxel - от volume element). Величина объема этого участка определяется размерами элемента изображения (пикселя) и толщиной изучаемого слоя.

Оценка степени поглощения излучения (рентгеновской плотности тканей) производится по относительной шкале коэффициентов поглощения (КП) рентгеновского излучения. В данной шкале за 0 ед. H принято поглощение в воде, за - 1000 ед. H - в воздухе (Н - единица Хаунсфилда, названа в честь создателя первого компьютерного томографа). Современные томографы позволяют улавливать различия плотностей в 4-5 ед. H. На томограммах более плотные участки, имеющие высокие значения КП, представляются светлыми, а менее плотные, имеющие низкие значения КП, - тёмными.

Показатели КП для некоторых внутричерепных образований

В таблице №1 приведены значения КП для некоторых нормальных и патологически измененных внутричерепных тканевых структур.

Качество получаемого изображения определяется преимущественно двумя параметрами: разрешающей способностью аппарата по рентгеновской плотности и пространственным разрешением. Оба вида разрешения зависят от толщины изучаемого слоя и технических параметров сканирующей системы: типа и количества детекторов, характеристик излучателя. Кроме того, между ними существуют обратные отношения – повышение одного типа разрешения сопровождается снижением другого.

Современные томографы позволяют получать "срезы" изучаемого объекта толщиной от 1 до 10 мм с пространственным разрешением до 0,3-0,6 мм и разрешением по рентгеновской плотности - 0,2-0,5%. Для обычной рентгенографии последний показатель составляет 10-20%.

Высокая чувствительность метода КТ к изменениям рентгеновской плотности изучаемых тканей связана с тем, что получаемое изображение, в отличии от обычного рентгеновского исследования, не искажается наложением изображений других структур, через которые проходит рентгеновский пучок. В то же время лучевая нагрузка на больного при КТ головы не превышает таковую при обычной рентгенографии черепа.

Глаз человека способен различать не более 35-40 оттенков тональности черно-белой шкалы. Современные сканирующие системы позволяют измерять плотность тканей (КП) в диапазоне от -2000 до +4000 ед. Н, но шкала дисплея представлена только 256 градациями серого цвета. Таким образом, если все значения плотности [+4000-(-2000 ед. Н )=6000] представить на дисплее, одна единица серой шкалы будет соответствовать (6000/256=23.4375) приблизительно 23 ед. Н, но для человеческого глаза это значение еще больше: 6000/40=150 ед. Н. Максимальная разрешающая способность томографа по плотности около 5 ед. Н, значит для того, чтобы увидеть одновременно максимальное количество достоверно отличающихся по плотности участков, необходимо на дисплее представить не более 200 ед. Н (5*40=200). При уменьшении этой величины изображение будет более контрастным, при увеличении - контрастность понизится. Диапазон значений рентгеновской плотности, представленных на дисплее, получил название "окна" (window), оно имеет определенные "ширину" (window width) и "уровень"

(window level) или "центр"( рис. №1)

рис. №1

Существенными характеристиками томографа являются время одного сканирования и время воспроизведения изображения, которые обычно варьируют от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Современные томографы позволяют производить быстрое последовательное (серийное) сканирование, при котором время сканирования равняется 0,5-2 с, а промежутки между ними составляют от 1,5 до 6,5 с. Данный способ, определяемый как динамическое сканирование, позволяет исследовать движущиеся органы (сердце, легкие), а при использовании ряда контрастных соединений дает возможность производить оценку некоторых параметров кровотока. При этом возможна синхронизация сканирования с определенной фазой физиологического циклического процесса, например, сердечного сокращения по показателям ЭКГ.

Физические основы метода

Рентгеновская плотность вещества мозга определяется, главным образом, содержанием воды, а также липидов и некоторых металлов (железа, кальция). При увеличении в ткани числа атомов с более высоким атомным весом (железа, кальция, а при контрастном усилении - йода) рентгеновская плотность нарастает, при увеличении содержания воды и нейтрального жира - уменьшается.

Степень ослабления рентгеновского излучения в тканях определяется двумя основными процессами: фотоэлектрическим эффектом и комптоновским рассеиванием. Фотоэлектрический эффект характерен для атомов с большим атомным весом и заключается в полном поглощении энергии квантов электронами, находящимися на высоком энергетическом уровне - К -слое. При этом поглощаются только кванты, имеющие энергию, близкую к энергии электронного К -слоя. Получив дополнительную энергию, эти электроны преодолевают силу притяжения ядра и испускаются атомом в окружающую среду.

Воснове комптоновского рассеивания лежит такое взаимодействие квантов с электронами, при котором они не поглощаются, а отклоняются от первоначального направления и в связи с этим не попадают на детектор излучения. Вероятность комптоновского рассеивания прямо зависит от плотности электронов в ткани.

Всвязи с тем, что степень ослабления рентгеновского излучения в объекте определяется двумя разными процессами, причем удельное значение каждого из них зависит как от атомных характеристик изучаемой ткани, так и от энергии квантов, предприняты попытки рассчитать вклад фотоэлектрического эффекта и комптоновского рассеивания в величину КП при использовании рентгеновского излучения разной энергии. Данный подход определяется как аналитическая компьютерная томография или метод дуальных энергий. В настоящее время потенциальные диагностические возможности этого метода не могут быть полностью реализованы в связи с недостаточной измерительной точностью большинства используемых компьютерных томографов.