Современные кт фирм General Electric, Siemens, Toshiba: особенности, основные характеристики, примеры. Перспективы развития кт-сканеров. Кт с двумя рентгеновскими трубками.
Как и большинство других видов медицинской диагностической техники томографы значительно отличаются в зависимости от фирмы производителя и конкретной модели. И, конечно же, в зависимости от вида и модели конкретного аппарата разнится и стоимость магнитно-резонансного томографа. Например фирма General Elrctric представляет Lightspeed VCT XT 64 срезовый компьютерный томограф – это новейшая разработка компании GE, сочетающая в себе компактность конструкции и самые современные технологии. Благодаря увеличенной скорости вращения гентри, функцией снижения объемной дозы и новой технологии Xtream томограф LightSpeed VCT даёт возможность получать максимально резкие изображения самых тонких срезов в любых условиях и для любого пациента. Расширение XT позволяет проводить кардиологические исследования с проспективной синхронизацией. Особенности системы: Данные для 64 срезов могут быт получены при любой скорости вращения как в послойном, так и в спиральном режиме. Новая трубка Performix и автоматизированный генератор мощностью 100 кВт в обеспечивают наилучшее соотношение сигнал/шум. Протоколы цветового кодирования для педиатрических исследований на основе системы Броселоу-Лютена (Broselow-Luten); Функция SmartPrepTM выполняет мониторинг болюса контрастного вещества в режиме реального времени, что обеспечивает более точное начало сканирования;
Поддержка технологии Direct 3DTM, позволяющей конструировать и визуализировать трехмерную модель непосредственно во время реконструкции изображений; Система LightSpeed VCT сканирует за один оборот объем протяженностью 40 мм и благодаря технологии microVoxel™ обеспечивает разрешение 0,35 мм; В томографе установлены 64-канальные детекторы с охватом 40 мм;
В томографе применяется рентгеновская трубка Performix™ Pro, 100 кВт, 800 м специально разработанная для кардиологических исследований и исследований пациентов, крупного телосложения; Высокая скорость вращения вплоть до величины, равной одному обороту трубки за 0,35 с, позволяет сократить время задержки дыхания, снижает необходимость использования седативных препаратов. Стол для пациента VT выдерживает нагрузки до 227 кг, обеспечивает диапазон сканирования 2 м и имеет высоту 43 см в нижнем положении; Реконструкция и передача изображений - 16 изображений в секунду. DirectMPR и Direct Connect, автоматизированный рабочий процесс для работы с 3D-данными. Апертура Гентри: 70 см; Металлокерамический блок рентгеновской трубки PerformixTM Pro специально рассчитан на исследования, требующие большого числа сканов без охлаждения трубки. КT LightSpeed VCT позволяет получать изображения 64 срезов с высоким разрешением за один оборот; 64 x 0,625 мм при любой скорости вращения и с высоким разрешением;
Siemens. Somatom definition AS – первый в мире адаптивный томограф – является продолжением развития семейства Somatom Definition. КТ с одним источником излучения – четырехмерное спиральное сканирование. Somatom Definition AS обеспечивает эффективное снижение лучевой нагрузки для любых видов исследований за счет технологии адаптивного экранирования рентгеновского излучения Adaptive Dose Shield исключается облучение пациента на границах диапазона спирального сканирования. При использовании комплекса технологий по снижению лучевой нагрузки достигается максимальное снижение на 72 %. Все алгоритмы работают автоматически.Динамические исследования протяженных анатомических зон — до 27 см. Компактный дизайн позволяет размещать КТ на малой площади с возможностью выбора системы охлаждения. Длительность полного скана от 0,33; до 1,0 с; Количество срезов за одно 360-градусное вращение 20 -128; Генератор, 80 - 100 кВт; Ток на трубке, 20 — 800 мА; Напряжение на трубке 80-140, кВ; Апертура гентри 78 см; Поле обзора 50-78 см; Максимальный вес пациента 220- 300 кг; Точность позиционирования при максимальной нагрузке ± 0,25 мм; Скорость реконструкции, 20 - 40 изобр. за 1 с;
Toshiba Medical Systems – вывела на рынок третий 4D (динамический объемный) компьютерный томограф – Aquilion Prime. Aquilion Primе покрывает 4 см за один оборот трубки и обеспечивает получение 160- срезов по 0,5 мм. Эта система позволяет видеть функцию органов, получать динамические изображения, их кровотока. Aquilion Primе не может покрыть такие органы как сердце, мозг, печень, почки за один оборот. Эти органы сканируются в спиральном режиме и режиме Joggle mode. Однако, в режиме динамического объема можно получать динамические данные и оценивать функцию. Это стало возможным благодаря использованию 80-рядного детектора высокого разрешения с толщиной среза 0.5 мм, и алгоритму реконструкции coneXact обеспечивающему получение 160 срезов за один оборот. Как следствие – значительное увеличение разрешающей способности до 310 микрон и сокращение времени исследования. Данная система позволяет проводить: Динамическое (неспиральное) изофазное мультисрезовое сканирование любых органов с высочайшей разрешающей способностью. При сканировании всего тела используется спиральное сканирование в 80 или 160-срезовом; Aquilion Prime имеет апертуру гентри 78 см и может поставляться со столом, который выдерживает нагрузку до 300 кг.
Перспективы развития КТ-сканеров
Перспективы использования компьютерной томографии связаны с совершенствованием аппаратной части КТ-сканера, разработкой новых конструкций, например, КТ-сканеров с двумя рентгеновскими трубками, а также развитие программного обеспечения, позволяющего проводить исследования на функциональном уровне. Очевидно, что будущие разработки должны определяться не столько прогрессом в технической области, сколько реальными потребностями в клиническом применении КТ и той пользой, которую можно будет ожидать от внедрения новых технологий томографии. Это одна из важных причин по которой нельзя развитие КТ свести просто к механическому удвоению числа срезов каждые пять лет.
Будущее Кт можно анализировать с разных точек зрения – общемедицинской, радиологической, экономической, физической или технической. Прямое сравнение КТ с МРТ и ПЭТ свидетельствует о существенно большей рентабельности КТ. Как и в компьютерной индустрии цены на КТ снижаются, а рабочие характеристики томографов постоянно улучшаются. Потребность новых разработок в КТ возникает вместе с новыми требованиями к диагностике в связи с появлением новых областей применения этого метода в медицине. Из современной клинической практики следует по крайней мере 2 общепризнанные задачи для разработчиков КТ:
Повышение временного разрешения при исследованиях сердца;
Увеличение охвата в продольном направлении (по оси Z) при исследованиях перфузии, например, головного мозга или миокарда.
КТ с двумя рентгеновскими трубками
DSCT — Dual Source Computed Tomography. В 2005 году компанией Siemens Medical Solutions представлен первый аппарат с двумя источниками рентгеновского излучения. Теоретические предпосылки к его созданию были еще в 1979 году, но технически его реализация в тот момент была невозможна. Использование же двух рентгеновских трубок, расположенных под углом 90°, дает временное разрешение, равное четверти периода обращения трубки (83 мс при обороте за 0,33 с). Это позволило получать изображения сердца независимо от частоты сокращений.Также такой аппарат имеет еще одно значительное преимущество: каждая трубка может работать в своем режиме (при различных значениях напряжения и тока, кВ и мА соответственно). Это позволяет лучше дифференцировать на изображении близкорасположенные объекты различных плотностей. До настоящего времени КТ исследования сердца остаются наиболее сложными в технологическом плане и требуют самых технически совершенных аппаратов. В чем особенности технологии КТ с двумя источниками излучения. Внешне аппарат имеет большое сходство с обычным компьютерным томографом. Вертикально расположенная сканирующая система и горизонтальный стол для пациента. Основное отличие заключается в том, такие аппараты имеют две рентгеновские трубки и два блока детекторов. Каждая пара «рентгеновская трубка/многорядный детектор» закреплены на внутренней поверхности кольца гентри под углом 900 друг к другу и обеспечивают одновременный сбор данных в 128 срезах (64 х 2 среза). Каждый детекторный блок имеют величину коллимации 0,6 мм для центральных рядов и 1, 2 мм – для наружных. При сканировании использована технология плавающего фокусного пятна, разработанная компанией Сименс еще для 64-срезовых аппаратов, которая позволяет визуализировать анатомические объекты с изотропным пространственным разрешением 0,33 мм. Для чего создана столь сложная конструкция? Основная задача – максимально сократить время сбора проекционных данных. Время оборота рентгеновской трубки вокруг пациента - один из критических параметров в компьютерной томографии. Сегодня своеобразным рекордом является 330 мс или 0.33 с. Это означает, что за одну секунду двухтонное кольцо гентри с закрепленными на нем рентгеновской трубкой, многорядным детектором и другими приборами, совершает три полных оборота вокруг пациента. Однако даже этой скорости недостаточно, чтобы получить гарантированно четкое изображение анатомических структур сердца. Периодические сокращения сердечной мышцы, особенно в условиях тахикардии, приводят к появлению динамических артефактов и искажению изображения. Для преодоления именно этого недостатка и был предложен аппарат с двумя источниками излучения. Однако потенциальные возможности созданного прибора оказались гораздо более широкими, чем только сокращение времени сканирования. Сегодня можно выделить несколько основных направлений использования новой технологии КТ: кардиология и, прежде всего, изучение коронарных сосудов, комплексное исследование отдельных анатомических областей для решения самостоятельной клинической проблемы, например, острая боль в груди, использование двухэнергетической томографии и ряд других.
Рис. 1. Схема компьютерного томографа с двумя источниками излучения и двумя блоками детекторов, закрепленных на внутренней поверхности вращающегося кольца гентри.
Кардиология. Основным направлением в использовании новой технологии, безусловно, является кардиология, или, если быть более точным, исследование коронарных артерий сердца. Небольшие размеры и особенно постоянные и быстрые движения коронарных артерий создают значительные трудности в их визуализации. Дополнительную проблему создает сложная конфигурация и различная пространственная ориентация коронарных сосудов. На аксиальных срезах, ориентированных перпендикулярно продольной оси тела пациента, просвет сосудов сердца и изображение их стенок может значительно ухудшаться из-за двигательных артефактов и избыточной толщины томографического слоя. Основным ограничением в использовании механических КТ сканнеров в изучении коронарных сосудов является время вращения системы «источник излучения/детекторная система» вокруг пациента.
Было установлено, что возможность оценки коронарных артерий при КТ существенно зависит от частоты сердечных сокращений. Оптимальные результаты удавалось получить при частоте пульса не более 80 ударов в минуту, когда выраженность динамических артефактов не мешает анализу изображений.
На современных 64-срезовых приборах время вращения детекторной системы сократилось до 330 мс (0,33 с). Тем не менее, временное разрешение этих алгоритмов не имеет прямой связи с частотой сердечных сокращений, что делает их весьма чувствительными к изменениям сердечного ритма в процессе проведения исследования. Кроме того, сбор данных из нескольких последовательных циклов сердечных сокращений приводит к эффекту усреднения изображения, что может влиять и на информативность исследования. Поскольку частота сердечных сокращений является важнейшим фактором, влияющим на качество изображения коронарных артерий, общепринятой методикой их изучения при МСКТ стало введение бета-блокаторов непосредственно перед исследованием для ограничения пульса в интервале 60-65 ударов в минуту. Однако использование бета-блокаторов не всегда эффективно и не всегда возможно из-за наличия медицинских противопоказаний.
Очевидно, что для достижения оптимального качества диагностических изображений коронарных сосудов у всех пациентов вне зависимости от их состояния и частоты сердечных сокращений, необходимо увеличить временное разрешения КТ без использования потенциально неблагоприятных эффектов алгоритмов мультисегментной реконструкции. Технология КТ с двумя источниками позволяет эффективно решить эту проблему. Действительно, вращение двух рентгеновских трубок на 900 позволяет получить проекционные данные из 1800, и таким образом сократить временной интервал для получения изображения до величины ¼ от времени вращения гентри в центре окна. Так, при времени одного вращения гентри равном 330 мс, временное разрешение составляет 83 мс. Поскольку именно динамические артефакты при частых сердечных сокращениях являются основным ограничением при КТ сердца, очевидно, что новая технология позволит существенно повысить эффективность диагностики.
Двухэнергитическая КТ. Разграничение тканей при КТ основано на различиях в ослаблении рентгеновского излучения после прохождение его через изучаемый объект. Оно выражается в числах Хаунсфилда и отображается на томограммах в виде различных градаций серого цвета. Ослабление рентгеновского излучения связано с его поглощением или рассеиванием при прохождении через ткани. Степень ослабления излучения в тканях зависит от энергии рентгеновских фотонов. Известно, что величина чисел Хаунсфилда для мягких тканей мало зависит от изменения энергии рентгеновского излучения. В то же время с увеличением атомной массы элементов, составляющих данную ткань, колебание энергии рентгеновских фотонов приводит к заметной вариабельности чисел Хаунсфилда. К таким тканям относятся, например, костная. Кроме того, данный эффект можно наблюдать при отложениях кальция в различных анатомических структурах, при наличии высокоплотных инородных тел, искусственно вводимых в организм пациента позитивных контрастных веществ и медицинских приспособлений. Таким образом, различные структуры могут быть разграничены при КТ не только на основании разницы в степени ослабления рентгеновского излучения, но и в зависимости от их реакции на изменение энергии рентгеновского излучения.
Одним из возможных направлений развития этой методики является быстрое, еще в процессе построения изображения, разделение костных структур, мягких тканей и паренхиматозных органов, а также контрастированных йодсодержащими веществами сосудов. Это позволят построить изображения, как двухмерные, так и трехмерные, с исключением одной или двух из перечисленных трех групп анатомических структур. В ряде случаев искусственное удаление костных структур может иметь большое диагностическое значение. Например, при исследовании головного мозга или области верхней апертуры грудной клетки исключение из построенного изображения костных структур позволяет более точно понять расположение сосудов и окружающих мягких тканей. Сегодня эту процедуру можно выполнить с помощью специально программного обеспечения, однако она много занимает времени и требует участия специалиста. Изучение особенностей визуализации опухолей на фоне введения контрастных веществ с помощью двухэнергетической КТ может дать новую группу признаков для ранней диагностики злокачественных новообразований. Более сложным и недостаточно ясным в настоящее время является развитие методик искусственного разделения мягкотканых структур, например раздельная визуализация сухожилий на фоне костных и мышечных структур конечностей. До настоящего времени такие исследования были возможны с использованием ультразвуковых аппаратов или магнитно-резонансных томографов.
Дозы облучения. Как и любое рентгеновское исследование, КТ с двумя источниками излучения связано с облучением пациента в процессе исследования. Проведенные исследования показали, что одновременное использование двух источников рентгеновского излучения не приводит к увеличению дозы облучения при ЭКГ синхронизированных исследованиях сердца. Более того, при эквивалентном с обычными ЭКГ синхронизированными МСКТ исследованиями сердца уровне шума (помех изображения) доза облучения в новой технологии снижается вдвое. Важно, что использование двух рентгеновских трубок позволило применить не только традиционные, но и совершенно новые способы ограничения дозовых нагрузок на пациента. К последним следует отнести возможность увеличения расстоянии между отдельными витками спирального сканирования в сравнении с обычной МСКТ, в результате чего рентгеновские трубки совершают меньше оборотов вокруг пациента, а количество рентгеновского излучения пропорционально уменьшается. При обычной МСКТ такое действие приведет к появлению выраженных артефактов и искажению изображения. Первый компьютерный томограф в мире с двумя рентгеновскими излучателями. SOMATOM Definition создан на основе 64-срезового компьютерного томографа SOMATOM Sensation 64 с использованием алгоритма двойного сбора данных Z-sharp.
Размер поля сканирования: 26,5-50 см. Количество срезов за одно 360-градусное вращение: 2 х 64;
Количество срезов за 1 с: 2 х 194; Время вращения: 0.33, 0.5, 1.0 сек; Реконструкция изображения: поле реконструкции 5-50см; время реконструкции 40 изображений/сек; матрица реконструкции 512х512, Рентгеновская трубка: Напряжение: 80-140 Кв; Ток: 28- 665(56-1330)мА,; Мин. мощность: 4 Кв; Макс. мощность: 2 х 80 Кв; количество рядов детектора: 2 х 40; Гентри: апертура 78 см; максимальная нагрузка на стол 220кг.