Появление компьютерной томографии в 1970-х годах стало поворотным моментом в истории медицины. Плоские рентгеновские снимки с наложением теней уступили место детальным послойным изображениям. В этой статье мы разберем, как работает томограф, и выделим его ключевые характеристики.
Что такое компьютерный томограф
Томограф использует рентгеновское излучение и мощные вычислительные ресурсы для создания детальных изображений поперечных срезов тела. Само название «томография» происходит от греческих слов tomos — «срез» и grapho — «писать».
При обычной рентгенографии лучи проходят через все слои тела — кости, мышцы, сосуды, органы — одновременно. В результате на двухмерном снимке отображается суммарная тень всех этих структур. Это называется эффектом суперпозиции. Так, если за плотной костью, например ребром, находится маленькая и менее плотная опухоль, тень ребра полностью скроет тень опухоли.
Томограф же получает объемные данные. КТ-сканер делает сотни проекций под разными углами и измеряет, как рентгеновские лучи ослабляются при прохождении через ткани. Компьютер обрабатывает эту информацию и преобразует ее в изображение, где каждый пиксель соответствует определенной плотности исследуемой структуры. Врачи в изолированном срезе видят кости, мягкие ткани и органы, которые полностью свободны от наложения выше- и нижележащих структур.
Устройство компьютерного томографа
КТ-аппарат состоит из трех основных частей:
1. Гентри
Наиболее сложная и технически насыщенная часть аппарата, в которой происходит сканирование. Внутри кольцевого корпуса по кругу вращаются элементы:
- Рентгеновская трубка с коллиматором
- Система сбора данных
- Управление реле и предохранителей
- ВЧ генераторы
- Радиатор охлаждения рентгеновской трубки
- Блоки питания внутренних компонентов системы
Внутреннее устройство компьютерного томографа
Стол пациента
Подвижная кушетка с электроприводом, на которую ложится пациент. Во время сканирования стол движется автоматически, синхронно с работой рентгеновской трубки. От того, насколько плавно и равномерно он едет, зависит четкость снимков. Чем длиннее ход (обычно 150–200 см), тем удобнее делать КТ всего тела, например при политравме.
Рабочая станция и консоль оператора
По сути, это мощный компьютерный комплекс с мониторами высокого разрешения. Его задачи делятся на два этапа:
- Управление сканированием.
Лаборант выбирает протокол исследования, например «грудная клетка», настраивает параметры дозы и запускает аппарат.
- Обработка данных.
Компьютер принимает сырые сигналы от детекторов и превращает их в привычные черно-белые снимки. Скорость реконструкции измеряется в изображениях в секунду — fps. Чем выше параметр, тем быстрее врач получит результаты сканирования.
Принцип работы КТ
Процесс получения изображения на компьютерном томографе можно разделить на три последовательных этапа:
- Сканирование и сбор данных.
Когда врач запускает программу, внутри гентри запускается последовательность действий.
- Генерация излучения компьютерного томографа
Рентгеновская трубка начинает вращаться вокруг пациента с высокой скоростью. Она испускает узкий пучок лучей, который проходит сквозь тело.
- Ослабление луча
Проходя через ткани, рентгеновские лучи теряют часть энергии, в зависимости от плотности ткани. Кости задерживают много лучей, мышцы — меньше, а легкие, наполненные воздухом, пропускают их почти полностью.
- Детекция
На противоположной стороне от трубки находятся детекторы. Они улавливают остаточное излучение и замеряют интенсивность сигнала сотни раз за один оборот трубки, фиксируя данные с каждого ракурса.
В современных аппаратах используется технология спирального сканирования. В отличие от старых пошаговых методов, где стол двигался, останавливался и после снимка двигался снова, здесь процессы происходят одновременно. Стол с пациентом плавно едет через гентри, а трубка непрерывно вращается вокруг него. Траектория луча относительно тела пациента напоминает спираль или пружину. Можно сканировать целые анатомические области, например всю грудную клетку, за один проход и всего за несколько секунд, что исключает пропуски зон между срезами.
- Анализ данных
Компьютер превращает данные в понятное изображение. Чтобы врач мог отличить один орган от другого, используется международная шкала плотности — шкала Хаунсфилда (HU). За точку отсчета (0 HU) принята плотность воды. Все остальные ткани сравниваются с ней.
- Воздух: –1000 HU (на снимке выглядит черным).
- Жир: от –100 до –50 HU (темно-серый).
- Мягкие ткани (мышцы, органы): от +40 до +80 HU (различные оттенки серого).
- Кость: от +400 до +1000 HU и выше (ярко-белый).
Благодаря этой шкале врач может точно сказать, что находится перед ним: допустим, киста, заполненная жидкостью (около 0–10 HU), или плотные ткани опухоли (40+ HU).
- Визуализация и реконструкция
Изначально компьютерный томограф получает только аксиальные срезы — это поперечные «ломтики» тела, как если бы мы смотрели на пациента со стороны ног. Современные мощные станции мгновенно выполняют мультипланарную реконструкцию (MPR). Это значит, что программа берет стопку поперечных срезов и строит из них изображения в других плоскостях:
- фронтальная (корональная) — вид спереди;
- сагиттальная — вид сбоку;
- 3D-модель — объемное изображение костей и сосудов.
Таким образом, из одного сканирования врач получает полную трехмерную картину состояния пациента.
Снимок легких на КТ Siemens SOMATOM go.Now.
Основные технические характеристики компьютерного томографа
Разберем параметры, которые определяют клинические возможности аппарата.
Количество срезов
Цифра указывает на число рядов детекторов и означает, сколько поперечных срезов томограф может сделать за один полный оборот трубки.
- 16–32 среза: стандарт для плановых исследований головного мозга, носовых пазух, позвоночника, легких и брюшной полости.
- 64 среза: для углубленных исследований, включая ангиографию сосудов конечностей и шеи.
- 128 срезов и выше: экспертный класс для кардиологии, например коронарографии или перфузии.
Теплоемкость рентгеновской трубки
Рентгеновская трубка — самая дорогая расходная часть томографа. В процессе работы она сильно нагревается. Теплоемкость, измеряемая в миллионах тепловых единиц (МТЕ), показывает, как долго трубка может работать без перерыва на остывание.
- Низкая теплоемкость (2–3,5 МТЕ) подходит для клиник с размеренным потоком (2-3 пациента в час). При более высокой загрузке аппарат потребует паузу для охлаждения.
- Высокая теплоемкость (5–8 МТЕ и выше) необходима для крупных стационаров, работающих 24/7. Такая трубка позволяет сканировать пациентов одного за другим без простоев, а также проводить сложные исследования с контрастом.
Скорость вращения
Этот параметр показывает, за сколько секунд трубка совершает полный оборот вокруг пациента. Чем быстрее вращение — тем меньше смазываний от дыхания или биения сердца.
- 0,5–0,8 секунды — стандартная скорость. Достаточна для неподвижных органов, например мозга, и костей.
- 0,35–0,4 секунды — оптимальна для исследования легких и сосудов.
- Менее 0,3 секунды — важна для кардиологии и педиатрии, так как дети часто не могут лежать неподвижно.
Размер апертуры гентри
Апертура — это диаметр «окна», в которое заезжает стол с пациентом.
- 70 см — достаточно для большинства пациентов стандартной комплекции.
- 75-90 см — для обследования пациентов с очень большим весом и онкологических больных, так как часто они проходят КТ в специальных фиксирующих укладках (с поднятыми руками и т. д.), которые требуют больше места. Также широкая апертура нужна для проведения биопсии под контролем КТ.
Мощность генератора компьютерного томографа
Измеряется в киловаттах. Влияет на качество изображения у тучных пациентов. Рентгеновским лучам сложнее «пробить» большой объем тканей, поэтому для качественного снимка без зернистости нужен мощный импульс.
Стандартные значения — от 40 до 60 кВт, для экспертных систем — 80–120 кВт.
Снимок пояснично-крестцового отдела на Siemens SOMATOM X.Ceed без артефактов от металла.
Виды компьютерных томографов
Исторически томографы делились на поколения — от первого до четвертого, но сейчас это неактуально. Сегодня на рынке представлены:
1. Многосрезовые компьютерные томографы
Стандарт общей медицины. В таких аппаратах используется несколько рядов детекторов, чтобы получать множество срезов за один оборот трубки. Именно МСКТ устанавливаются в 99% многопрофильных больниц и диагностических центров. Они делятся по количеству срезов (16, 32, 64, 128 и т. д.).
2. КТ для планирования лучевой терапии
Снимки, сделанные во время КТ, обеспечивают детальную визуализацию раковых клеток и прилегающих к ним органов. Основываясь на них врач может четко отделить границы облучаемой злокачественной опухоли от здоровых тканей для наиболее точного планирования облучения.
Планировщики (16-32 среза) отличаются большим диаметром гентри (80-90 см), наличием системы лазерного позиционирования, плоской декой стола, могут также использоваться и для рутинной диагностики, так как они тоже относятся к многосрезовым томографам.
3. Конусно-лучевые томографы
Узкоспециализированные аппараты, которые используют другой тип детектора (плоскую панель) и конусный пучок лучей. В основном применяются в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Дают отличную картинку костных структур черепа при очень низкой лучевой нагрузке, но совершенно не подходят для оценки мягких тканей из-за шума на снимках.
Гибридные системы:
4. ОФЭКТ/КТ Однофотонно-эмиссионная компьютерная томография совмещенная с компьютерном томографией
5. ПЭТ/КТ Позитронно-эмиссионная томография совмещенная с компьютерном томографией
Как выбрать томограф
Рекомендуем подбирать аппарат, отталкиваясь от профиля вашего медицинского учреждения.
| Сценарий | Задача | Сколько срезов | Почему |
| Частный диагностический центр или районная больница | Рутинные обследования:
— травматология (переломы, ЧМТ, внутр. кровотечения, разрывы и смещения, инородные тела); — исследование ЛОР-органов (воспалительные и инфекционные процессы); — диагностика острого инсульта (мозговое кровоснабжение, определение типа инсульта); — оценка патологических изменений в лёгких (COVID-19, ХОБЛ, эмфизема); — анализ сосудов (диагностика сосудистых патологий, например, верхних и нижних конечностей); — скрининг (риск прогрессирования атеросклероза, рака лёгких и др. паталогий). |
16 или 32 | Качества снимков достаточно для 80–90% стандартных диагнозов. Нет смысла доплачивать за скорость, если у вас нет потока тяжелых травм или кардиологии. |
| Многопрофильный стационар, травматология, инсультный центр | Кардиология, перфузионные исследования, онкопоиск, биопсия под контролем КТ. | 64-128 | Золотая середина. Аппарат сканирует быстро, что критично для пациентов в тяжелом состоянии. Высокое разрешение позволяет четко видеть мелкие сосуды и проводить качественную ангиографию. |
| Кардиоцентр или федеральный онкологический центр | Политравма. Экспертные кардио- и онко- исследования: оценка коронарных артерий, перфузия миокарда, поиск микроскопических метастазов, сложные динамические исследования. | 128 и выше | Для сердца критична скорость. 16- и 32-срезовые аппараты физически не успевают сделать его снимок в фазе расслабления.
Кроме того, высокое количество срезов обеспечивает субмиллиметровую детализацию. |
При выборе модели учитывайте стоимость рентгеновской трубки. Это расходник с ресурсом примерно 1,5–3 года активной работы. У базового 16-срезового томографа замена может стоить условные 4–6 млн рублей, а у экспертного 128-срезового — в 3–4 раза дороже. Бюджет клиники должен быть к этому готов.
Требования к установке и эксплуатации
Для начала необходимо подготовить помещение с учетом веса аппарата, излучения, чувствительности оборудования к влаге и других нюансов. Поэтапная подготовка кабинета КТ включает:
- проектирование
- монтаж оборудования
- оснащение
- эксплуатация
Каждый этап регламентирован, все работы необходимо проводить в соответствии с требованиями законодательства.
1. Проектирование
Для начала специалисты анализируют помещение: изучают планы БТИ, проводят оценку несущей способности, расположения инженерных сетей, вибрационного фона. Имейте в виду, что кабинет должен находиться в специально выделенной зоне, максимально удалённой от палат, административных кабинетов и других помещений, где постоянно бывают люди.
Далее следует разработка техзадания, которое нужно согласовать с производителем томографа для уточнения специфических требований модели, и разработка рабочего проекта (архитектурные решения, усиление конструкций, схемы инженерных систем, радиационная защита).
Расчёт радиационной защиты — это определение толщины и материалов защитных ограждений (стен, пола, потолка) в зависимости от типа используемого оборудования. Обычно стены строят из железобетона толщиной не менее 30 см или эквивалентного материала с соответствующим радиационным экраном. В кабинете обязательно устанавливают автоматические системы контроля дозы радиации.
Проектирование инженерных систем — разработка систем вентиляции, электропитания, охлаждения оборудования, а также систем связи и сигнализации.
Финальный этап согласование проекта и государственная экспертиза.
2. Монтаж
Компьютерный томограф — крупногабаратный аппарат. Перед транспортировкой нужно учесть размеры дверных проемов: ширина двери не менее 1,2 м, крупные компоненты требуют проёмов 1,6–1,8 м, минимальный радиус поворота — от 2,5 м. Точные цифры зависят от конкретной модели КТ.
Непосредственно монтаж включает следующие действия:
- размещение блоков — гентри, стол с направляющими и электроприводом, шкаф электроуправления и модули связи, устройства подачи контраста (если предусмотрены);
- координированная установка компонентов в предусмотренные ниши;
- прокладка кабелей, соединений связи, каналов дренажа охлаждающей жидкости (у водяных контуров).
Обязательный этап при вводе в эксплуатацию — пуско-наладочные работы, которые производят только сертифицированные инженеры, и составление официального акта (игнорируя эту процедуру покупаетль оборудования теряет гарантийные обязательства).
После установки: калибровка, верификация и регистрация системы в реестре медицинского оборудования.
3. Оснащение
Вход в кабинет нужно оборудовать автоматическими дверями с защитой от излучения (материал должен обеспечивать эквивалентную защиту не менее чем 2-3 мм свинца).
В помещении должна быть вентиляция (кратность воздухообмена не менее 2–3 раз в час) и специальный температурный режим (18–24 °C, с уровнем относительной влажности не выше 60%).
4. Эксплуатация
Важно, чтобы все сотрудники имели доступ к персональным дозиметрам для постоянного контроля уровня радиации. Для защиты пациентов используются специальные защитные фартуки, воротники и экраны.
Медицинский персонал, работающий в кабинете КТ, обязан иметь специальное образование и регулярно проходить курсы повышения квалификации по радиационной безопасности.
Для минимизации контакта медицинского персонала с ионизирующим излучением, работу необходимо организовать так, чтобы чередовать время пребывания в кабинете и вне зоны излучения.
FAQ
Как работает компьютерный томограф?
КТ испускает рентгеновские лучи, измеряет их ослабление при прохождении через ткани и использует математическую реконструкцию для создания детальных поперечных срезов, которые отображают плотность исследуемой структуры.
Какая самая уязвимая часть компьютерного томографа?
Рентгеновская трубка. Не только самая уязвимая, но и самая дорогая. При большом потоке пациентов ресурс может исчерпаться за несколько лет. Philips предлагает уникальное предложение на КТ Incisive — возможность гарантии на рентгеновскую трубку на весь срок службы (10 лет).
Сколько срезов должно быть у современного томографа?
Для рутинной диагностики достаточно 16–32 срезов, а для кардиологии и травмы необходимы 64 среза и выше.
Как выбрать КТ под профиль клиники?
Выбор зависит от клинических задач: для рутины подойдут 16–32 среза, а для большого потока пациентов и кардиологии требуются аппараты от 64 срезов с высокой теплоемкостью трубки.
Заключение
Большой выбор компьютерных томографов вы найдете в ТД «Пульс». Мы предоставляем полную консалтинговую и техническую поддержку на всех этапах выбора, установки и эксплуатации КТ-аппарата.