5.5 Многослойная компьютерная томография

Принципиальное отличие многослойных компьютерных томографов (МСКТ) от спиральных томографов предыдущих поколений в том, что по окружности гентри расположены не один, а два и более ряда детекторов. Для того, чтобы рентгеновское излучение могло одновременно приниматься детекторами, расположенными на разных рядах, была разработана новая — объёмная геометрическая форма пучка (рис.5.12).

Рис. 5.12 Многослойные компьютерные томограммы с внутривенным контрастным усилением и трёхмерной реконструкцией изображения.

Эволюция дальнейших разработок МСКТ заключалась в создании целого ряда томографов: 2-хсрезовых (двухспиральных) с двумя рядами детекторов, далее – 4-хсрезовых (четырёхспиральных с четырьмя рядами детекторов соответственно, а затем 32-, 64- и 128-срезовых томографов. (в том числе с двумя рентгеновскими трубками). Сегодня же некоторые клиники оборудованы 320-срезовыми МСКТ. Эти томографы дают возможность наблюдать практически «в реальном» времени физиологические процессы, происходящие в головном мозге и в сердце. Подобные системы обеспечивают сканирование целого органа (сердце, суставы, головной мозг и т.д.) за один оборот рентгеновской трубки, что значительно сокращает время обследования, а также возможность сканировать сердце даже у пациентов, страдающих аритмиями. Несколько 320-срезовых сканеров уже установлены и функционируют в России

Рис. 5.13 Современный компьютерный томограф фирмы Siemens Medical Solutions

Современный компьютерный томограф (рис.5.13) представляет собой сложный программно-технический комплекс. Механические узлы и детали выполнены с высокой точностью. Для регистрации рентгеновского излучения используются сверхчувствительные детекторы, конструкция и материалы, применяемые при изготовлении которых постоянно совершенствуются. При изготовлении КТ томографов предъявляются самые жесткие требования к рентгеновским излучателям.

Неотъемлемой частью аппарата является пакет программного обеспечения, позволяющий проводить весь спектр томографических исследований с последующей обработкой и анализом КТ-изображений. Стандартный пакет программного обеспечения может быть расширен с помощью узкоспециализированных программ, учитывающих особенности решаемой задачи.

Математическое обеспечение построения изображения содержит пакет программ для решения системы линейных уравнений. Так, например, для получения томограммы размером 200×200 пикселей решается система из 40 000 уравнений.

Литература к разделу 5

5.1 Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, М., Высшая школа, 1987.

5.2 Шмелев В, К., Рентгеновские аппараты, Москва, 1973

6 Радиоактивные методы в медико-биологических исследованиях

6.1 Радиоизотопы для исследования живых объектов

Изотопами (от греч. isos–одинаковый и topos–место) называют разновидности одного химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но отличающиеся массами атомов. Ядра всех изотопов данного элемента содержат одинаковое количество протонов, но различное число нейтронов. Изотоп обозначаются символом соответствующего химического элемента с двумя индексами с левой стороны (верхний - число нейтронов, нижний – число протонов), а с правой стороны верхним индексом обозначено массовое число элемента, например, ⁶₆С¹², ⁹₈C¹⁷. Если не указывается число протонов и нейтронов в ядре, массовое число часто записывается сверху слева от буквенного обозначения химического элемента, например ¹²С, ³²Р.

Изотопы разделяются на устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные). Ядра атомов радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаются, испуская в окружающую среду

излучения.

Некоторые изотопы, в т. ч. радиоактивные, при попадании в организм равномерно распределяются по всем органам и тканям: углерод, сера, калий, цезий, натрий и др. Ряд изотопов обладают выраженной органотропностью и концентрируются в локальных зонах. Например, фосфор фиксируется преимущественно в костях, кобальт – в печени, йод – в щитовидной железе, железо – в эритроцитах. Естественные радиоактивные изотопы углерода, калия, водорода, урана, тория и другие в небольших количествах постоянно поступают в организм из внешней среды. В организм поступают также искусственные радиоактивные изотопы, образующиеся при ядерных взрывах и как отходы атомной промышленности. Среди них особенно опасны долгоживущие ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, которые долго мигрируют во внешней среде. Попав в организм, радиоактивные изотопы непрерывно облучают органы и ткани. В разделе радиобиологии, названном радиационной токсикологией, изучают пути поступления радиоактивных изотопов в организм, их распределение, кинетику обмена и биологическое действие. Изотопы одного и того же элемента проявляют тождественные свойства в химических реакциях, а также тождественность свойств в различных биохимических и физиологических процессах, протекающих в живом организме. При изучении механизма действия лекарственных веществ, процессов обмена веществ, отдельных физиологических функций изотопы используются в качестве изотопных индикаторов. Излучения радиоактивных изотопов применяют главным образом в медицине для радиодиагностики и радиотерапии.

Радиоактивные изотопы можно применять для стимуляции роста и развития сельскохозяйственных животных, а также для лучевой стерилизации пищевых продуктов, кормов, фармацевтических препаратов, хирургических инструментов, перевязочного материала, в энтомологии - для мечения насекомых при изучении путей их миграции, в микробиологии ими метят микробов для выяснения патогенеза инфекционных заболеваний, а также иммунобиологических реакций организма.

В табл. 6.1 приведен перечень радиоизотопов, применяемых при различных исследованиях живых организмов.

Таблица 6.1 Список радиоизотопов, используемых для исследований

Изотоп	Период полураспада	Вид и энергия излучения		Применение
15O	122,24 с	β+	1731,9кэВ [735,28 кэВ]		исследование функции лёгких, центральной и периферической гемодинамики и др.
32P	14,262 сут.	β−	1710,66кэВ [694,9 кэВ]		для внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии опухолей; при лечении полицитемии и связанных с ней нарушений
60Co	5,2714 лет	β−	317,88 кэВ		при лечении опухолей женских половых органов, рака слизистой оболочки рта и лёгкого, опухолей головного мозга и др.
		γ	1173,237кэВ 1332,501 кэВ
85Kr	10,756 лет	β−	687,4 кэВ		исследование функции лёгких, центральной и периферической гемодинамики и др.
90Y	64,1 ч.	β−	2280,1кэВ [933,7 кэВ]		для внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии (при лечении опухолей женских половых органов, рака слизистой оболочки рта и лёгкого, опухолей головного мозга и др.)
99mTc	6,01 ч.	γ	140,511 кэВ		диагностика опухолей головного мозга, изучение центральной и периферической гемодинамики и др.; исследование лёгких, печени, головного мозга и др.
111In	2,8047 сут.	γ	171,28кэВ 245,40 кэВ		исследование лёгких, печени, головного мозга и др.
113mIn	1,6582 ч.	γ	391,69 кэВ		исследование печени и др.
131I	8,02070 сут.	β−	606,3кэВ [191,58 кэВ]		исследования йодного обмена, лёгких, головного мозга, функции почек, печени и др.; для лечения иодпоглощающих метастазов злокачественных опухолей щитовидной железы
		γ	364,489 кэВ
125I	59,407 сут.	β− γ	27,4 кэВ 35,5 кэВ		то же
133Xe	5,243 сут.	β−	346,0кэВ [100,5 кэВ]		исследование функции лёгких, центральной и периферической гемодинамики и др.
			80,997 кэВ
192Ir	73,827 сут.	β−	672кэВ (50,46 %)		при лечении опухолей женских половых органов, рака слизистой оболочки рта и лёгкого, опухолей головного мозга и др.
			535 кэВ (43,55 %)
		γ	468,0688кэВ 316,50618 кэВ
			308,45507кэВ 295,9565кэВ 316,50618кэВ
198Au	2,69517сут.	β−	962 кэВ		исследование лёгких, печени, головного мозга и др.; для внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии опухолей