Современные виды томографии - часть 9

 37 

С ростом числа срезов, получаемых за один оборот трубки, проявляется 

артефакт конусности пучка, т.к. требуется более широкая коллимация и лу-
чи  приобретают  форму  конуса,  а  не  веера,  облучая  больше  детекторов  по 
оси Z. Т.к. трубка и детекторы вращаются вокруг пациента, регистрируемые 
каждым  детектором  данные  соответствуют  объему,  находящемуся  между 
двумя конусами,  вместо идеально  плоского среза.  Это дает  артефакты, по-
хожие на эффект частичного объема, которые более явны для внешних ря-
дов детекторов, чем для внутренних, т.к. в последних регистрируемые дан-
ные соответствуют более плоскому срезу (рис. 19). 

 

   

 

Рис. 19. Формирование и проявление артефакта конусности пучка лучей 

Конусность  снижается  при  увеличении  числа  рядов  детекторов. 16-

срезовые  КТ  потенциально  менее  подвержены  таким  артефактам,  чем 4-
срезовые. Однако их производители утверждают, что это связано с различ-
ными формами реконструкции конусности пучка. 

По  краям  структур  на  многослойных  или 3D изображениях  появляется 

ступенчатый артефакт, возникающий при использовании широких коллима-
торов и не перекрывающихся срезов при реконструкции. Они менее серьез-
ны  при  спиральном  сканировании,  позволяющем  реконструировать  пере-
крывающиеся срезы и снижаются при уменьшении толщины среза. 

   

 

Рис. 20. Реформатированное изображение головного мозга: (а) толстые 

срезы, (б) тонкие срезы 

Все приведенные артефакты в различной степени затрагивают качество 

изображений.  Конструктивные  особенности  современных  томографов  по-
зволяют  минимизировать  или  частично  откорректировать  их  с  помощью 
программных  средств.  Однако  выбор  оптимальных  параметров  исследова-
ния является определяющим фактором при минимизации артефактов. 

 

38

1.7. Трехмерные реконструкции 

Существенно  повысить  информативность  полученных  при  томографии 

данных  позволяет  использование  различных  методов  трехмерной  реконст-
рукции,  позволяющих  рассмотреть  интересующие  участки  исследуемого 
объекта под произвольным углом. 

Математически результат КТ исследования это трехмерные матрицы чи-

сел,  представляющих  собой  плотности  различных  участков  исследуемого 
объема. Измеренные значения КТ-чисел зависят от вида исследуемой ткани 
и лежат в определенном диапазоне, позволяя получить объемные изображе-
ния  внутренних  структур  исследуемого  объекта.  Трехмерные  реконструк-
ции  дают  наглядную  картину  пространственного  расположения  структур, 
повышают  распознавание  диагностически  значимых  деталей,  полезны  при 
планировании операций. Вместе с тем, структуры, имеющие высокую плот-
ность,  могут  скрыть  другие  структуры c равной  или  меньшей  плотностью 
(например, кости черепа скрывают сосуды мозга). Решением проблемы ста-
новится  ручная  или  автоматическая  процедура  удаления  внешних  слоев  с 
более высокой плотностью, позволяющая получить реконструкцию интере-
сующих внутренних структур с различной степенью прозрачности [4]. 

На  рис. 21а  приведены  КТ-изображения  головы.  На  них  кости  более 

светлые, чем окружающие ткани, т.к. они имеют большую плотность. Зная 
плотность  интересующих  структур,  можно  выделить  их  из  общего  набора 
данных  и,  приписав  им  определенную  яркость,  цветность  и  прозрачность, 
построить их 3D реконструкцию (рис. 21б). Чтобы получить отдельное изо-
бражение  внутренних  структур  (например,  сосудов),  необходимо  ограни-
чить  значения  плотностей,  используемых  для  его  построения.  Обычно  по-
верхности,  имеющие  различную  плотность,  искусственно  окрашены  так, 
чтобы они напоминали исходную ткань.

 

 

 

 

Рис. 21. Построение объемных реконструкций 

В  томографии  используются  следующие  основные  алгоритмы  построе-

ния объемных реконструкций: 

1. проекция максимальной интенсивности; 
2. реконструкция с затененной наружной поверхностью; 

 39 

3. объемное представление; 
4. виртуальная эндоскопия. 
Проекция  максимальной  интенсивности (Maximum Intensity Projection, 

MIP)  состоит  из  вокселов,  имеющих  максимальную  плотность.  В  этом  ме-
тоде  на  выбранную  базовую  плоскость  по  ходу  распространения  луча  зре-
ния проецируются сигналы со всего набора двумерных изображений иссле-
дуемой  зоны.  Таким  образом,  получаемая  проекция  всегда  представляет 
комбинацию вокселов внутри отображаемого объема, имеющих максималь-
ную интенсивность. Альтернативой MIP-изображениям является отображе-
ние  пикселов,  имеющих  минимальную  интенсивность (MinIP), с  помощью 
которых можно отображать такие структуры, как бронхи. 

При  реконструкции  с  затененной  наружной  поверхностью  выбирается 

некоторое пороговое значение КТ-чисел. Все вокселы, превышающие поро-
говое значение, вносят вклад в итоговое изображение, при этом поверхность 
3D  реконструкции  формируется  первыми  вокселами,  чьи  интенсивности 
превышают  выбранный  порог,  находящимися  на  выбранном  луче  зрения. 
Эффект затенения усиливает ощущение глубины, однако теряется исходная 
информация  о  плотности.  Также  необходимо  учитывать,  что  получаемое 
изображение зависит от выбранного порога, поэтому такие изображения не 
удобны для диагностики. 

Метод объемного представления (Volume Rendering) является сочетани-

ем первых двух методов и позволяет реконструировать 3D модель из набора 
срезов.  Получаемые  реконструкции  не  имеют  ограничения  максимальной 
интенсивности и все КТ-числа вдоль виртуального луча вносят вклад в ито-
говое изображение в соответствии с их весом. Каждому КТ-числу приписы-
вается  определенная  яркость,  цвет  и  прозрачность,  что  позволяет  одновре-
менно  выделить  из  исходного  набора  данных  множество  структур,  имею-
щих различную плотность. 

Виртуальная  эндоскопия  используется  для  получения  изображений 

внутренних полостей (например, сосудов) в перспективе, а иногда для ото-
бражения областей, не доступных обычной эндоскопии (например, цистер-
ны мозга). В этом режиме интересующие полости отображается с помощью 
объемного представления в перспективе, что дает ощущение «полета» через 
отображаемую область. 

Использование  различных  методов  реконструкции  позволяет  сущест-

венно повысить информативность полученных данных, в том числе за счет 
наглядности пространственного расположения исследуемых тканей. 

 

40

ГЛАВА 2. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ 

Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод отображения, ос-

нованный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и используемый 
преимущественно  для  медицинских исследований. Ее преимущество перед 
КТ состоит в более высокой разрешающей способности, большей контраст-
ности изображений, возможности получения срезов в различных плоскостях 
и отсутствии гамма-лучевого воздействия на пациента. МРТ по сравнению с 
КТ  позволяет  составить  более  чёткое  представление  об  объёме  и  неравно-
мерности распространения опухолей.  

2.1. Этапы развития МРТ 

Концепция ядерного магнитного резонанса началась с открытия спино-

вой природы протона и изучения взаимодействия спина с магнитным полем. 
Явление  магнитного  резонанса  впервые  было  применено  для  изучения  хи-
мии  и  структуры  твердых  тел  и  жидкостей.  Прошли  почти 40 лет  прежде, 
чем МР стал применяться в медицине. Особо активное развитие МРТ про-
исходило во второй половине ХХ века. Краткий и неполный список некото-
рых вех развития МРТ выглядит следующим образом.  

В 1882 Никола  Тесла  (Будапешт,  Венгрия)  открыл  вращающееся  маг-

нитное поле. Это открытие стало фундаментальным в физике. В 1956 меж-
дународная  электро-техническая  комиссия  в  рейхтгаузе  (Мюнхен,  Герма-
ния)  объявила  о  введении  единицы  «тесла»  для  измерения  магнитной  ин-
дукции. Все МРТ сканеры калибруются в единицах Тесла или гауссах (1 Тл 
= 10000 Гс). Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее величина радио сиг-
налов,  получаемых  от  атомов  тела  и  потому  выше  качество  МР  изображе-
ний. 

В 1922 году  Отто  Стерн  и  Уолтер  Герлах  провели  эксперимент  по  на-

блюдению  спиновой  квантизации  в  электронах.  Для  изучения  магнитных 
свойств электрона они пропустили пучок атомов серебра через неоднород-
ное магнитное поле. Атомы серебра были в состоянии равновесия, т.е. чис-
тый электрический заряд был равен нулю и атомы имели единственный не-
спаренный  электрон  на  внешней  орбите.  Ожидалось  получение  гладкого 
распределение  пучка  атомов  серебра  вокруг  центра,  поскольку  магнитный 
момент  атома  (благодаря  неспаренному  электрону)  должен  испытывать 
чистую силу в неоднородном магнитном поле, и возможны любые ориента-
ции  магнитного  момента.  Однако  в  результате  луч  расщепился  на  две  со-
ставляющих  равной  интенсивности.  Позднее  это  явление  объяснили  Улен-
бек и Годсмит (1925, 1926 гг.), предположившие, что электрон имеет внут-
ренний  магнитный  момент  (спин)  с  двумя  возможными  ориентациями;  та-
ким образом, было введено понятие квантизации спина. 

В 1937 профессор Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) Изи-