Počítačová tomografie

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Nákres počítačového tomografu.

Počítačová tomografie (Computed Tomography, CT dříve také Computed Axial Tomography, CAT) je radiologická vyšetřovací metoda, která pomocí rentgenového záření umožňuje zobrazeni vnitřností těl živočichů, především člověka. Metoda sa využívá především v oblasti medicíny, kde slouží k diagnostice širokého spektra poranění a chorob.

Přístroj, který takové zobrazení umožňuje, se nazývá počítačový tomograf.

Obsah

1 Historie
2 Princip
3 Realizace
4 Účinky rentgenového záření v CT
- 4.1 Běžné dávky záření
5 Podívejte se také na
6 Zdroje

[editovat] Historie

Základy počítačové tomografie položil W.C.Röntgen, který roku 1895 objevil paprsky X. Tyto paprsky, známé jako rentgenové záření, vznikají při interakci rychlých elektronů s hmotou a díky své velmi krátké vlnové délce jsou schopny prozářit lidské tělo. Za tento objev získal jako vůbec první člověk roku 1901 Nobelovu cenu za fyziku. Při průchodu paprsků různými vnitřními orgány dochází v závislosti na jejich biochemickém složení k tlumení paprsků. Jejich analýzou můžeme do značné míry rekonstruovat složení pacientova těla - na tomto principu funguje klasický rentgen.

Nedostatky rentgenu však spočívají v tom, že jednotlivé orgány jsou zobrazeny sumárně, překrývají se. Nejsme tedy schopni vždy jednoznačně určit, kterými orgány rentgenový paprsek prošel a touto metodou nelze vytvořit skutečný „anatomický“ řez těla.

Vyřešit tento problém se podařilo až se zavedením počítačů do lékařské diagnostiky koncem šedesátých let. Za objevitele počítačové tomografie se považuje Brit Godfrey Newbold Hounsfield. První přístroj vzniknul v roce 1972 ve výzkumných laboratořích EMI. Nezávisle na Hounsfieldovi stejný objev učinil Američan Allan McLeod Cormack z Tufts University a v roce 1979 oba dva taktéž získali Nobelovu cenu.

[editovat] Princip

Princip počítačového tomografu.

Pacient je zasunut do přístroje, kde jej po kruhové ose obíhá zařízení složené z rentgenky a detektorů. Záření, které je emitováno na anodě rentgentky, prochází zkoumaným objektem a po dopadu na detektor je zaznamenána intenzita dopadajícího záření (která je po průchodu objektem vždy menší než intenzita vyzářená).

Vztah mezi vstupní a výstupní intenzitou je dán vztahem

$\frac{I_0}{I} = e^{\mu d}$ ,

kde I₀ je hodnota vstupní intenzity, I je hodnota výstupní intenzity, d je tloušťka materiálu a μ je koeficient tlumení. Nejvíce je signál tlumen v kostech, méně např. v játrech nebo ledvinách a nejméně v tukových vrstvách a plicích.

Zkoumaný objekt je prozářen z nejrůznějších úhlů v jedné rovině, čímž získáme zpravidla několik set projekcí. Úkolem výkonného počítače, který, jak už napovídá název, je nedílnou součástí tomografu, je zrekonstruovat plošný řez vyšetřovaným objektem. Tento problém v zásadě spočívá ve vyřešení velké soustavy rovnic. Vyšetřovaný řez je tedy pokryt maticí plošných elementů, tzv. voxelů, a výsledek řešení soustavy rovnic spočívá v přiřazení skutečného koeficentu tlumení každému voxelu.

Použití radonovy transformace.

V praxi se k řešení této úlohy, tzv. obrazové rekonstrukce, používá Radonova transformace a zpětná Radonova transformace. Radonova transformace, znázorněná na obrázku, se používá ve tvaru

$p(r,\theta)=\int^\infty_{-\infty}\int^\infty_{-\infty}f(x,y)\delta(x\cos\theta+y\sin\theta-r)\,dx\,dy$ ,

kde f(x,y) reprezentuje μ(x,y), r je x pozice rentgenky a θ je úhel natočení rentgenky.

Lze odvodit i zpětnou Radonovu transformaci a podle tzv. řezového teorému můžeme získat dokonalý obraz člověka, pokud budeme mít nekonečný počet projekcí (tedy pro všechny úhly). Nicméně v praxi se toto nepoužívá, jelikož Radonova transformace se ukazuje být značně nestabilní, pokud projekce obsahují šum. Z tohoto důvodu se tedy namísto zpětné Radonovy transformace používá tzv. metoda filtrované projekce.

[editovat] Realizace

Počítačové tomografy jsou realizovány pomocí dvou konstrukčních principů, a to pomocí konstrukce vějířové, nebo kruhové. Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že u vějířového přístroje se otáčí jak rentgenka, tak detektorová soustava. U kruhového přístroje se otáčí pouze rentgenka, a detektory jsou umístěné po celém obvodu přístroje. V praxi se používá téměř výhradně konstrukce vějířové, vzhledem k tomu, že díky kolimátorovým lamelám jsme schopni zamezit dopadu nežádoucích, odražených paprsků.

Spirálová metoda.

Až do počátku devadesátých let byla používána rotační metoda, kdy se vždy provedlo jedno otočení celé soustavy, lehátko s pacientem se posunulo o kousek dále a znovu bylo provedeno jedno otočení soustavy. Vzhledem k tomu, že takové vyšetření probíhalo poměrně dlouho, a pacient volně dýchal a posunoval se, bylo toto meření zaneseno velkou chybou. V poslední době se proto začíná používat metody spirálové, kdy je pacient snímám spojitě, spirálovitým pohybem rentgenky.

[editovat] Účinky rentgenového záření v CT

Stinnou stránkou používání CT je, stejně jako u standardního rentgenu, ozáření radioaktivním zářením. Dávka radiace, kterou pacient dostane při vyšetření, závisí na několika faktorech: objem zkoumané oblasti, fyzické vlastnosti pacienta, počet a typ scanování, a požadovaná přesnost a kvalita zobrazení.

[editovat] Běžné dávky záření

Vyšetření	Běžná efektivní dávka (mSv)
Rentgen hrudi	0.02
CT hlavy	1.5(a)
Břicho	5.3(a)
Hrudník	5.8(a)
Hrudník, břicho a pánev	9.9(a)
Srdeční CT angiogram	6.7-13(b)
CT vyšetření tlustého střeva	3.6 - 8.8