Использование компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии в неврологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Компьютерная томография в неврологии

КТ - метод диагностики, основанный на рентгеновском излучении. Движение рентгеновской трубки томографа происходит по окружности, в центре которой расположен исследуемый объект. В отличие от нелинейной томографии, где рентгеновское излучение освещает весь объект, в КТ коллимированный пучок рентгеновских лучей проходит лишь через его тонкий слой. Изображения поперечных сечений головного мозга представлены в цифровом виде.

Первые послойные сечения объекта (фантома) были построены в 1963 г. физиком А. Cormak, а первое устройство для рентгенологических исследований головы представили G. Hounsfild и J. Ambrose в 1 970 г. на ежегодном конгрессе Британского института рентгенологии. Первый компьютерный томограф - аппарат "EMI-scaner", дававший цифровое изображение поперечного сечения головы, был построен в Англии в 1972 г. В 1973 г. G. Hounsfild опубликовал подробное описание своей "компьютерной системы поперечного сканирования (аксиальной томографии). Эту дату можно считать началом эры рентгеновской КТ.

КТ - цифровой метод визуализации. Изображения поперечных сечений объекта составлены из отдельных элементов - пикселов, яркость которых в единицах Хаунсфилда вычисляют с помощью компьютера по результатам сканирования. На томограммах первого КТ -сканера "ЕМI -scaner" были заметны отдельные пикселы и различимы лишь крупные объекты, например боковые желудочки. Уменьшение размера поля обзора при фиксированной матрице изображения привело к уменьшению размера пиксела и способствовало повышению пространственного разрешения.

На рис. 3-1 показана эволюция схемы сканирования в КТ -сканерах в процессе их совершенствования. Для обозначения конструктивных особенностей аппарата производители "пошаговых" КТ-сканеров использовали термин "поколение" .

В КТ -сканерах I и II поколений был использован трансляционно-ротационный метод сканирования, рентгеновская трубка с узким, так называемым карандашным (рис. 3-1, А ) или веерным (рис. 3-1, Б) , лучом и несколькими (порядка 30) детекторами. Полный оборот система трубка-детектор совершала примерно за 5 (см. рис. 3-1, А ) или 1 - 2 мин (см. рис. 3-1, Б). Такие аппараты производили в начале 80-х годов ХХ века.

В КТ последующих поколений использован ротационный тип сканирования, трубка с широким веерным пучком, 700-1320 подвижных детекторов (рис. 3-1, В) или кольцо стационарных детекторов. Время полного оборота сократилось и составило от 1 мин до нескольких секунд (рис. 3-1 , Г) .

Сканеры последних поколений (после 2000 г.) имеют очень высокое быстродействие, достигаемое за счёт применения новейших технологий: питание трубки за счёт технологии "скользящего кольца" , импульсный режим излучения трубки, динамический фокус, матрицы твердотельных полупроводниковых детекторов (100% чувствительность) , мощные компьютеры. Существуют системы с несколькими рентгеновскими трубками.

Рис. 3-1 . Эволюция схемы сканирования в КТ-сканерах.

А, Б - КТ-сканеры I и II поколений, трансляционно-ротационный метод сканирования, время полного оборота трубки от 5 до 1 ,5 мин. А, В, С, D - положение рентгеновской трубки; В, Г - ротационный тип сканирования, трубки с широким веерным пучком, 700-2000 подвижных или неподвижных детекторов, время полного оборота от 1 мин до нескольких секунд.

В настоящее время современные томографы представляют собой аппараты со спиральным типом сканирования, поэтому принято выделять сканеры с разным количеством "спиралей" (1, 2, 4, 6, 16, 32, 64, 1 28, 256, 320).

КТ совершила революционные изменения в нейрорентгенологии, сделав возможным разграничение близких по плотности нормальных и патологических тканей паренхимы мозга (плотностное разрешение). Этот метод стали называть самым важным изобретением со времени открытия Рентгеном Х -лучей.

В настоящее время КТ используют во всех областях нейрорентгенологии: от получения простых анатомических изображений до вычисления сложных функциональных параметров, например локального мозгового кровотока. Этот метод успешно конкурирует с МРТ, причём это стало особенно заметно с появлением мультиспирального режима сканирования.

Спиральная и мультиспиральная КТ. В спиральном режиме сканирования к непрерывному вращению рентгеновской трубки добавлено синхронное движение стола. Фокус рентгеновской трубки движется по круговой траектории относительно изоцентра апертуры штатива, а относительно пациента траектория его движения представляет винтовую линию, или спираль, что и дало этому режиму сканирования название "спиральная КТ" .

В настоящее время широко применяют так называемые мультиспиральные сканеры, использующие многорядную матричную систему детекторов и регистрирующие данные одновременно для нескольких спиральных траекторий (рис. 3-2). Переход от сканера с одним рядом детекторов и периодом вращения трубки 1 с к сканеру с 4-рядной системой детекторов и периодом вращения трубки 0,5 с дал возможность потенциально увеличить эффективность использования рентгеновского излучения при сканировании в восемь раз. Эффективность сканирования 16-спирального сканера по сравнению с обычной КТ возрастает в 38 раз. В настоящее время ведущими фирмами-производителями томографов разработаны 8 - , 10- и 16-спиральные сканеры. На ежегодном съезде Североамериканского общества рентгенологов в 2007 г. были представлены 256- и 320-спиральные КТ -сканеры с возможностью одномоментного исследования области в 16 см за один оборот рентгеновской трубки. Поскольку за время сканирования мультиспиральный сканер регистрирует "сырые" данные для некоторой области (объёма) тела пациента, эти аппараты стали называть объёмными КТ -сканерами.

Рис. 3-2. Спиральный режим сканирования (схема движения трубки относительно тела пациента).

Основное преимущество мультиспиральной КТ - высокое разрешение (тонкие срезы) и высокая скорость сканирования. Важный момент - снижение дозы облучения пациента, которого достигают, уменьшая силу анодного тока трубки и сокращая время экспозиции. При исследованиях позвоночника мультиспиральные КТ-сканеры используют специальные программы снижения эффективной дозы.

В настоящее время КТ (послойная и объёмная) - один из наиболее широко распространённых методов визуализации патологических процессов в нейрорентгенологии. КТ применяют при обзорных исследованиях покровных тканей, костей черепа и позвонков, желудочков мозга и субарахноидальных пространств, паренхимы головного и спинного мозга. Все структуры на КТ -срезах имеют реальные размеры. Высокое быстродействие позволяет обследовать тяжёлых больных.

С быстротой получения КТ -изображений при высоком качестве и разрешении в настоящее время не может соперничать ни один метод визуализации, даже сверхбыстрое МР-сканирование. Использование внутривенного контрастного усиления при КТ -обследовании пациентов с подозрением на объёмный процесс мозга - неотъемлемая часть протокола, существенно повышающая чувствительность метода при идентификации различных поражений.

Спиральная КТ полностью заменила линейную томографию и успешно конкурирует с субтракционной ангиографией в выявлении сосудистой патологии, например мешотчатых аневризм. Метод спирального сканирования воплощён в миниатюрных интраоперационных спиральных КТ -сканерах для немедленной внутриоперационной оценки состояния операционной раны (например, для исключения гематомы) или остатков опухоли. Такие аппараты легко перемещать, они обладают минимальным рентгеновским воздействием на медицинский персонал.

КТ-миелоцистернография - метод, сочетающий возможности КТ и миелографии. Его относят к инвазивным методам получения изображений, так как необходимо введение контрастного вещества в субарахноидальное пространство. в отличие от рентгеновской миелографии при КТ -миелографии требуется меньшее количество контрастного вещества. В настоящее время КТ -миелографию используют в стационарных условиях, чтобы определять проходимость ликворных пространств спинного и головного мозга, окклюзирующие процессы, различные типы назальной ликвореи, диагностировать кистозные процессы интракраниальной и позвоночно-паравертебральной локализации.

КТ-ангиография. В отличие от катетеризационной субтракционной церебральной ангиографии КТ -ангиографию сосудов головы и шеи можно проводить в амбулаторных условиях, так как контрастное усиление обеспечивают через кубитальную вену. Высокое разрешение спиральной КТ позволяет проводить построение объёмных (3D) моделей сосудистой системы (рис. 3-3) . По мере совершенствования аппаратуры скорость исследования постоянно сокращается. Так, время регистрации данных при КТ -ангиографии сосудов шеи и головного мозга на 6-спиральном сканере занимает от 30 до 50 с, а на 16-спиральном - 15-20 с. В настоящее время это исследование, включая 3D-обработку, проводят практически в реальном времени.

Рис. 3-3. КТ -ангиография магистральных артерий шеи при стенозе начального сегмента внутренней сонной артерии и головы (а); при мешотчатой аневризме левой средней мозговой артерии (6); 3D-реконструкция данных КТ-ангиографии : вид спереди на мешотчатую аневризму (в).

Создание цифрового метода КТ помогло найти пути использования магнитнорезонансных сигналов для визуализации сечений головного мозга, Т.е. способствовало созданию МРТ. В своей Нобелевской лекции G. Ноuпsfi1d рассмотрел перспективу использования для томографии физического явления ядерного магнитного резонанса. Он отметил, что новый диагностический метод, возможно, будет обладать ещё более высокой тканевой контрастностью, чем КТ [Hounsfi1d G., 1979].

2. Магнитно-резонансная томография в неврологии

Ещё в 1950-х годах было исследовано явление ядерного магнитного резонанса, установлена природа магнитных свойств вещества, определены физикохимические факторы, от которых зависела величина магнитно-резонансного сигнала (МР-сигнала), и был разработан способ измерения in vitro релаксационных параметров вещества с помощью последовательности радиоимпульсов, получившей название импульсной последовательности "спиновое эхо" [Bloch F., 1 946; Purcell Е., 1946; Hahn Е., 1949]. Затем был найден способ выделения томографического слоя и метод сканирования, позволяющий задавать координаты и вычислять МР-сигнал от каждого воксела - объекта для построения изображения среза. За создание методов МР-визуализации, реализованных в современных МРТсканерах, Р. Layterbour и Р. Mansfield получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2003 г. неврологический компьютерный томография сканер

Первый МР-сканер для медицинской диагностики появился в 1 982 г. МРТсканеры 1 поколения (начало 1 980-х годов) были низкопольными, предназначались только для исследований головы и использовали в основном импульсную последовательность "спиновое эхо" (стандартный режим).

В МРТ-сканерах II поколения (начало 1990-х годов) постоянное магнитное поле за счёт применения сверхпроводящих магнитов стало выше (1,0-1,5 Тл), апертура магнита - шире, появилась возможность исследовать не только голову, но и всё тело. Время сканирования сократил ось за счёт использования "быстрых" импульсных последовательностей - "быстрое спиновое эхо" и "градиентное эхо".

Появилась возможность визуализировать движение протонов с магистральным кровотоком (например, МР-ангиография).

МРТ -сканеры III поколения (с 2000 г.) с магнитными полями 1,5 Тл и выше имеют мощные, быстро нарастающие градиенты. В этих томографах наряду со стандартными и быстрыми импульсными последовательностями используют эхопланарные методы сканирования (время исследования - доли секунды). Они позволяют проводить магнитно-резонансную спектроскопию (МР-спектроскопию), получать изображения, взвешенные по химическому сдвигу. Сверхбыстрые методы сканирования визуализируют молекулярное движение (диффузионное движение протонов в тканях - трактография, движение протонов с региональным кровотоком - перфузионная МРТ, функциональная МРТ).

Широкий набор импульсных последовательностей обеспечивает различный тип тканевой контрастности на МРТ -изображении, что предоставляет большие, чем при КТ, возможности для характеристики различных тканей ЦНС и признано одним из преимуществ МРТ.

Рутинная МРТ -диагностика (импульсная последовательность "спиновое эхо" ) включает обязательное получение томограмм, взвешенных по Т1 и Т2 (Т1- и Т2-режимы). Такие режимы сканирования обязательны для всех МР-томографов независимо от напряжённости поля. Стандартное время сканирования для каждого режима последовательности "спиновое эхо" В зависимости от типа томографа составляет от 5 до 12 мин

"Быстрое спиновое эхо" позволяет сократить время получения Т2-взвешенных МР-изображений до 2-3 мин, что заметно увеличивает пропускную способность томографа.

"Сверхбыстрое спиновое эхо" позволяет получать Т2-взвешенные томограммы за ещё более короткое время (50 срезов за 20 с) . Эту программу используют в основном для обследования тяжёлых больных, пациентов с клаустрофобией и детей, но она обладает низким отношением контраст-шум.

В МРТ, так же как в КТ, применяют дополнительное контрастирование тканей с помощью внутривенного введения контрастных препаратов. Действие контрастных веществ в МРТ основано на магнитных свойствах парамагнетиков и ферромагнетиков сокращать время Т1- и Т2-релаксации ткани. В качестве контрастных веществ используют соединения гадолиния. Внутривенное введение контрастного препарата при водит к усилению яркости сигнала на Т1-МРТ от тканей, содержащих контрастное вещество (позитивное контрастирование, рис. 3-4).

Рис. 3-4. МРТ до (а) и после (б) внутривенного контрастного усиления выявляет менингиому правой лобной парасагиттальной области. КТ до (в) и после (г) контрастирования: большая менингиома.

Появление быстрых и сверхбыстрых импульсных последовательностей открыло перед МРТ новые диагностические возможности, например картирование сечений головного мозга по скорости диффузии, локальному кровотоку, скорости магистрального кровотока или ликворотока. Это более сложные МР-исследования, требующие дополнительной математической обработки полученного набора изображений.

В некоторых случаях алгоритм такой обработки входит в программное обеспечение томографа (MPR, МИП, BrainWave и т.п.) , но для обработки необходимо дополнительное время. В других случаях построение 3D-моделей и картирование про водят на рабочих станциях, оборудованных мощным компьютером со специальным программным обеспечением (Functools, Navigator и т.п.). Подобные МР-исследования не входят в число стандартных диагностических исследований; как правило, их проводят только В исследовательских центрах на высокопольных МР-томографах.

Наблюдаемое в настоящее время во всём мире развитие информационных технологий и компьютерных сетей позволяет предположить, что в недалёком будущем и эти исследования станут рутинными, поэтому рассмотрим примеры их клинического использования.

Магнитно-резонансные миелография и цнстернография - неинвазивные методики, позволяющие получать высококонтрастные по отношению к веществу мозга изображения ликворных пространств без дополнительного контрастирования.

Их применяют, чтобы изучить анатомию ликворных пространств в различных отделах ЦНС (рис. 3-5). Набор изображений, полученных в режиме последовательных МР-срезов, используют, чтобы построить дополнительные косые сечения и объёмное изображение (чаще используют Т2-режим и импульсную последовательность 2D, "быстрое спиновое эхо" ) или объёмную модель структур желудочковой системы.

Рис. 3-5. Магнитно-резонансная цистернография (а) и миелография (б).

Магнитно-резонансная ангиография (МР-ангиография) в отличие от спиральной КТ, обычной и цифровой субтракционной ангиографии позволяет визуализировать кровеносные сосуды даже без применения контрастного вещества.

Исследование можно проводить в режимах 2D или 3D.

Дополнительное внутривенное контрастное усиление позволяет лучше визуализировать размеры и распространённость опухолей.

МР-методы визуализации движущейся жидкости (крови) разделяют на три категории:

* времяпролётная МР-ангиография - TOF (Time of Flight), или Т1-ангиография (рис. 3-6);

Рис. 3 - 6. Времяпролётная Т1 -МР-ангиография с подавлением сигнала от стационарных (мозговых) тканей. MIP-о6работка (а) и 06ьёмная реконструкция (6) магистральных интракраниальных артерий.

* фазово-контрастная МР-ангиография - РС (Phase Contrast) , или Т2-ангиография;

* МР-ангиография с контрастным усилением [Contrast Enhanced (СЕ) MRA] .

Методы фазово-контрастной МР-ангиографии позволяют визуализировать течение крови в плоскости среза, картировать скорость движения крови и измерять скорость кровотока. К достоинствам фазовых методов следует отнести тот факт, что фазовую кодировку скорости движения про изводят в любом направлении, в том числе и в плоскости среза, который может быть очень тонким.

Фазовоконтрастная МРТ применима для визуализации быстрого артериального кровотока (при кодировке, равной 80 см/с), медленного венозного кровотока и медленного движения ликвора (кодировка 10-20 см/с) (рис. 3-7) . В клинических условиях чаще всего используют как дополнение к времяпролётной МР-ангиографии с целью отграничить неподвижные участки с высоким МР-сигналом в режиме Т1 (например, подострая гематома) и реально движущейся крови в сосуде или при МР-ликворографии.

Рис. 3-7. Фазово-контрастная МР-ликворография, динамическая серия изображений карт скоростей потока в сечении головного мозга на уровне водопровода мозга, изменение скорости потока в водопроводе мозга, таблица значений объёмной скорости.

МР-ангиография с контрастным усилением использует укорочение Т1 под действием магнитно-резонансных контрастных препаратов. Контрастное вещество вводят внутривенно, регистрацию данных начинают в момент заполнения исследуемого сосуда контрастным веществом. Для определения оптимального времени регистрации проводят предварительное болюсное введение 1-2 мл контрастного препарата, определяя моменты начала артериальной и венозной фаз кровотока, чтобы осуществлять последующие измерения на пике артериальной концентрации контрастного вещества. В современных МР-томографах болюстест проводится автоматически, что сокращает время сканирования до 1 мин в целом. МР-ангиографию с контрастным усилением используют, чтобы получить изображение магистральных артерий от дуги аорты до виллизиева круга или вен интракраниальной локализации (рис. 3-8; рис. 3-9 на странице Новые направления в нейрорентгенологии) . Методы параллельного сканирования обещают сократить время исследования сосудов до 2,5-3 с - МР-ангиография в режиме реального времени.

Размещено на Allbest.ru