Эмиссионная компьютерная томография
При помощи эмиссионной компьютерной томографии (ЭКТ) можно получить пространственное в заданной плоскости распределение радиоактивного изотопа, введенного в организм пациента. В отличие от рентгеновской компьютерной томографии (РКТ), методы которой позволяют получать анатомическую структуру объекта, в методах ЭКТ регистрируется распределение специально вводимых в организм человека радиоактивных веществ, концентрация которых характеризует различные физиологические функции. Существуют два варианта реализации методов ЭКТ – однофотонная (ОЭКТ) и позитронная (двухфотонная) (ПЭКТ). Эти два метода отличаются друг от друга и от РКТ по способам определения направления луча [54]. В РКТ источником излучения является «точка» – резко сфокусированное пятно на аноде рентгеновской трубки. Поэтому направление луча однозначно определяется положением излучателя и детектора (см. рис. 76, а). В методах ЭКТ положение источника заранее неизвестно. Именно оно и подлежит определению.
Рис. 76. Определение направления луча в РКТ (а), ПЭКТ (б) и ОАЭТ (в)
Способ определения положения источника, характерный для ПЭКТ, показан на рис. 76, б. В ПЭКТ измеряются только те радиоактивные изотопы, которые при распаде испускают позитрон. Позитрон пролетает расстояние порядка нескольких миллиметров, прежде чем аннигилирует с электроном. Излучение, возникающее при аннигиляции, представляет собой два фотона с энергией 0,511 МэВ каждый, разлетающихся по одной прямой в противоположные стороны. Значит, два позиционно-чувствительных детектора, размещенных с противоположных сторон от пациента, могут однозначно определить направление луча, если зарегистрированные фотоны возникли в одном акте аннигиляции.
В ОЭКТ могут использоваться любые изотопы, испускающие гамма-лучи, например, технеций-99, йод-125, йод-131 и так далее, которые давно применяются в традиционной радиоизотопной диагностике. Определение направления лучей в этом методе производится с помощью коллиматоров, непрозрачных для гамма-излучения, как показано на рис. 76, в. Так как обычный коллиматор задерживает примерно 99,9% квантов, то приходится мириться с потерей очень большого объема информации. Метод ОЭКТ имеет в 10–100 раз более низкую эффективность регистрации, чем метод ПЭКТ. Однако в ПЭКТ используются ультракороткоживущие изотопы. Поэтому требуется разместить в пределах клиники циклотрон для их производства и другое чрезвычайно дорогостоящее оборудование. Таким образом, развитие методов ПЭКТ связано с разработкой относительно недорогих и компактных «бэби»-циклотронов для производства ультракороткоживущих изотопов.
Существуют два основных вида методов ОЭКТ: поперечная ОЭКТ, при которой реконструируемый слой перпендикулярен продольной оси тела, и продольная ОЭКТ, при которой реконструируемое сечение параллельно продольной оси тела.
Один из возможных вариантов технической реализации принципа поперечной ОЭКТ – это обычная гамма-камера, оснащенная коллиматором с параллельными отверстиями, которая вращается относительно продольной оси тела пациента (рис. 77, а). При вращении можно получить ряд изображений с небольшими угловыми интервалами. Например, при обороте на 360° и угловом интервале 2° – 180 изображений. Этот массив информации может быть обработан разными методами, давая возможность реконструировать сечения под разными углами к продольной оси тела. В настоящее время системы ОЭКТ на основе вращающейся гамма-камеры выпускаются практически всеми ведущими фирмами мира. Для повышения эффективности регистрации гамма-квантов некоторые системы имеют две взаимноуравновешенные камеры, расположенные друг против друга. К недостаткам систем на основе вращающейся гамма-камеры относится трудность обеспечения равномерного вращения и точных угловых приращений из-за большой массы гамма-камеры с коллиматорами и защитой. Кроме того, вращение камеры оказывает влияние на стабильность характеристик ФЭУ.
Рис. 77. Виды эмиссионных радиационных томографов. а – эмиссионный компьютерный томограф на (эснове вращающейся гамма-камеры; б – эмиссионный компьютерный томограф с кольцом неподвижных детекторов; в – продольный томограф для исследования сердца.
Все эти трудности можно уменьшить, если использовать неподвижные детекторы. На рис. 77, б, в приведена конструкция, в которой кольцо неподвижных детекторов Д через вращающийся коллиматор К регистрирует излучение в поперечном слое объекта О. Уменьшая размер детекторов Д, можно повысить пространственное разрешение по сравнению с ОЭКТ на основе гамма-камеры. Однако такой томограф, к сожалению, способен восстанавливать только один поперечный слой в объекте. В качестве примера продольной ОЭКТ на рис. 77, в представлена принципиальная конструктивная схема продольного томографа, используемого для анализа сердца. Через 7 отверстий в плоскомколлиматоре К, расположенном перед грудной клеткой пациента, двухмерное распределение изотопа, введенного в сердце одновременно регистрируется в семи областях плоскости гамма-камеры Д под разными углами, определяемыми расположением отверстий в коллиматоре.
Такие разноракурсные изображения могут быть подвергнуты обработке для восстановления любого слоя исследуемого органа. Из-за ограниченного количества первичных преобразователей и относительно низкого качества характеристик гамма-камеры восстановленное изображение также обладает относительно невысоким разрешением. Достоинством такого устройства является отсутствие подвижных деталей и высокая скорость получения первичной информации.
Алгоритмы реконструкции ОЭКТ. Основные методы реконструкции ОЭКТ совпадают с методами, применяемыми в РКТ. Алгоритмы делятся на две группы: итерационные и обратного проецирования с фильтрацией. Последняя группа применяется шире благодаря быстроте их реализации на мини-ЭВМ. Спецификой ОЭКТ является поглощение гамма-излучения, без учета которого линейные интегралы идентичны интегралам РКТ.
Эффект поглощения приводит к недооценке интенсивности источников излучения в глубоко лежащих областях, если не производится коррекция потерь. Поэтому все алгоритмы реконструкции включают в себя аналитические приемы для упрощенной коррекции эффектов поглощения. Для проведения коррекции необходима дополнительная информация о форме тела, внутри которого происходит поглощение. Практически во всех алгоритмах реконструкции не учитывается гетерогенность человеческого тела, а коррекция эффектов поглощения проводится для однородного материала с коэффициентом поглощения воды.
В настоящее время методы ОЭКТ быстро прогрессируют. При этом большим достоинством ОЭКТ на основе традиционной гамма-камеры является универсальность использования. При неподвижном детекторе прибор позволяет проводить все статические двухмерные исследования, что и обычная гамма-камера с большим полем видения, а благодаря наличию системы обработки на нем можно проводить любые динамические исследования. Сочетание возможностей двухмерной статической и динамической сцинтиграфии с возможностями трехмерной визуализации распределения радиоактивного изотопа в организме пациента делает метод ОЭКТ на основе гамма-камеры наиболее широко применяемым в радиоизотопной диагностике.
