Когда с колен встанем? Про томографию

Сегодня ни одна крупная клиника не обходится без компьютерных томографов. Обычно это изделия made in USA или в Японии, Германии… российские аналоги почему-то не наблюдаются. Видать, не встала ещё Россия с колен в сфере компьютерной томографии. Вот бы чем озаботиться пресс-секретарю президента господину Пескову (вместе со своим шефом), а он про размазывание об асфальт печени протестующих толкует… 

Томография (послойные снимки) широко применяется в современной медицинской практике, поскольку является высокоинформативным диагностическим методом. Зародилась она как продольная томография с использованием рентгенодиагностических аппаратов. Потом появилась панорамная томография, которая используется преимущественно при исследованиях лицевого черепа, в стоматологии. В последние десятилетия прошлого века стала развиваться поперечная томография: рентгеновская компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).

За работы в области реконструктивной томографии Алану Кормаку и Годрфи Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1979 год. А.Кормак провёл теоретические исследования, а Г.Хаунсфилд в 1972 году изготовил первый комплекс из рентгеновского томографа и компьютерной системы восстановления изображений. Теперь компьютерные томографы имеются в любой крупной клинике и больнице. Почему они получили столь широкое распространение?

Реконструктивная томография оказалась очень мощным средством при постановке диагноза. В рентгеновской компьютерной томографии (КТ) производится большое количество измерений, каждое из которых соответствует определённому взаимному положению источника и детектора рентгеновского излучения. Источник и детектор находятся в плоскости сечения, изображение которого требуется получить. Для каждой комбинации положений «источник – детектор» выполняют два измерения: калибровочное и рабочее. Во время рабочих измерений пациента помещают в поле реконструкции, и с помощью компьютера вычисляют послойные изображения той или иной области. Разумеется, шаг и толщину таких поперечных срезов можно варьировать.

Важно отметить, что получаемые изображения имеют очень высокую степень разрешения, что позволяет дифференцировать ткани с минимальными структурными различиями. При этом изображения весьма похожи на привычные для клинициста срезы, которые имеются в анатомических атласах. Ничего подобного другие диагностические исследования не дают. Каким ещё методом можно виртуально разрезать человека поперёк и посмотреть что там внутри?

При КТ чаще всего исследуются голова и шея, а также грудная и брюшная полости. Наибольшее значение КТ имеет в травматологии, когда необходимо определить наличие тех или иных повреждений, в нейрохирургии и при исследовании сосудов.  В онкологии КТ используется для определения степени распространённости опухолевого процесса и при планировании лучевой терапии.

Стоит также отметить, что уровни облучения при КТ в большинстве случаев ниже, чем при исследовании на обычном рентгенодиагностическом аппарате. А изображение в поперечной плоскости, недоступное при стандартной рентгенодиагностике, часто является крайне необходимым для постановки точного диагноза.

Само же исследование происходит следующим образом: пациент лежит на столе, который медленно перемещается внутри вращающегося кольца. На  кольце с одной стороны находится рентгеновская трубка, а с другой – матрица  детекторов ионизирующего излучения. После полного оборота рентгеновского излучателя и детекторов вокруг стола на экране компьютера появляется срез исследуемого органа. Информация об органе собирается срез за срезом. Как правило, исследование длится не более одного часа, а для некоторых областей, например для головы, занимает всего несколько минут.

Следует упомянуть и о другом виде компьютерной томографии – о диагностических исследованиях с использованием эффекта магнитного резонанса (МР-томография). Клинический опыт свидетельствует о высоком разрешении и контрастности получаемых послойных изображений органов и тканей. Фактически удаётся формировать изображения, равные по качеству фотографиям анатомических срезов.

К тому же в компьютерных томографах на основе эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР) нет источников ионизирующего излучения, и поэтому диагностические исследования на МР-томографах практически полностью безопасны для пациентов.

Эффект ЯМР был открыт в 1946 году научными группами в Стэндфордском и Гарвардском университетах. Его первооткрыватели – Ф.Блох (F.Bloch) и Э.М.Парселл (E.M.Purcell) – получили Нобелевскую премию по физике за 1952 году. Они установили, что ядра некоторых атомов при помещении их в магнитное поле поглощают энергию электромагнитного импульса, а по окончании импульса излучают её в виде радиосигнала. Для возникновения такого ядерного резонанса индукция магнитного поля и частота электромагнитного импульса должны определённым образом соответствовать друг  другу. 

Для медицинских целей эффект ЯМР используется с начала 80-х годов прошлого века. Первые МР-томографы были показаны на конгрессе радиологов в Париже в 1982 году.

В основе МР-томографии лежит принцип магнитного резонанса ядер водорода. Поскольку вода содержится в органах и тканях человека в значительном количестве, то, соответственно, водород – наиболее широко распространенный элемент в организме человека.

Диагностическое исследование происходит следующим образом. Пациента помещают в сильное статическое магнитное поле МР-томографа, после чего ядра атомов водорода в теле человека (которые представляют собой маленькие магнитики) ориентируются по направлению поля.

Исследуемую область выбирают, добавляя слабое переменное магнитное поле с помощью так называемых градиентных катушек. Затем томограф посылает электромагнитный сигнал (радиоволну); делается это с помощью излучателя радиочастотных импульсов. Атомы водорода возбуждаются и генерируют ответный сигнал, который улавливается приёмными радиочастотными катушками-детекторами томографа. Разные виды тканей (кости, мышцы, и т.п.) содержат разное количество атомов водорода,  поэтому они генерируют сигналы с различными характеристиками. После дешифровки сигналов выстраивается (по определённой методике) изображение соответствующего слоя.

МР-томография начиналась как метод, дающий изображение тонких поперечных срезов тела человека. С развитием программного обеспечения от послойных изображений перешли (также как и в рентгеновской компьютерной томографии) к объёмным.  Сейчас этот метод   особенно эффективен при исследовании динамических процессов (например, состояния кровотока) в органах и тканях. 

В заключение скажу, что МР-томограф по своему внешнему виду похож на  рентгеновский компьютерный томограф; не специалист вряд ли их различит.

В процессе исследования стол с пациентом постепенно продвигается внутрь сканера, выполненного в форме кольца (гентри). При сканировании пациент находится в туннеле томографа, где достаточно светло и имеется вентилятор, обеспечивающий приток свежего воздуха. Необходимо, чтобы пациент не шевелился, поскольку даже небольшие смещения могут существенно снизить качество получаемых изображений. Длительность диагностического исследования –  от 30 минут до одного часа. 

                Гораздо меньше, чем её собратья известна позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). В чём заключаются особенности ПЭТ?

            Перед исследованием пациенту вводится радиоизотопный препарат, который накапливается в первую очередь в тканях изучаемого органа, либо в опухолевом образовании. Матрица детекторов томографа позволяет оценить распределение радионуклидов в данном органе: регистрируются пары противоположно направленных гамма-лучей с одинаковой энергией, которые возникают в процессе аннигиляции (аннигиляции наблюдается, когда позитрон, излучённый ядром радионуклида, встречается с электроном в тканях пациента).

            Именно так работают позитронно-эмиссионные томографы. Фактически ПЭТ является методом радиоизотопной диагностики.

            В клинической практике часто используют комбинацию ПЭТ и КТ. Такое сочетание позволяет выполнять исследования, в которых оценивается не только морфология, но и функция. Среди профильных специалистов существует мнение, что ПЭТ/КТ – наиболее чувствительный метод ранней диагностики и контроля лечебного процесса в онкологии.

            Развитие ПЭТ/КТ диагностики сдерживается необходимостью производства короткоживущих диагностических радиоизотопов. Стандартный диагностический препарат фтордиоксиглюкоза имеет период полураспада 110 минут  и производится на ускорителе частиц. Таким образом, ПЭТ/КТ исследования возможны лишь при наличии в лечебном учреждении циклотрона, либо линейного ускорителя протонов.

            Мобильных циклотронов не существует по конструктивным причинам: вес циклотрона несколько десятков тонн, а толщина радиационной защиты более двух метров. В то же время мобильные комплексы на основе линейных ускорителей протонов имеются. Они были разработаны в США в конце прошлого века;  первоначально предназначались для космического базирования в рамках американской правительственной программы «Стратегическая оборонная инициатива» («Звёздные войны»).     

              Советский Союз распался, воевать в космосе оказалось не с кем, и американцы затеяли свою конверсию. Серийное производство мобильных ускорителей протонов для медицинских целей началось в США в 2005 году. На сегодняшний день в Штатах насчитывается более тысячи ПЭТ и ПЭТ/КТ установок; многие из них – передвижные, поскольку появилась  возможность объединить ПЭТ-установки с мобильными ускорителями протонов. Мобильность существенно повысила доступность для населения данного вида медицинской диагностики. Теперь ПЭТ/КТ исследования являются в США чуть ли не обязательными и оплачиваются по медицинской страховке.

            С большой долей вероятности можно сказать, что в скором времени ПЭТ/КТ превратится в метод скрининга. По сведениям «Американо-российского онкологического альянса» («AMERICANRUSSIANCANCERALLIANCE») ещё в 2004 году в США проведено 1.370.000 ПЭТ и ПЭТ/КТ исследований. И это несмотря на дороговизну: одно исследование на стационарной установке стоило около двух с половиной тысяч долларов, а на передвижной – примерно полторы тысячи. Однако за счёт постановки точного диагноза стоимость лечения каждого больного  уменьшилась в среднем на 20%.

            В тот же период в России выполнялись лишь единичные медицинские диагностические исследования подобного рода…